【高科技产品研发】 基于ｄ ｓ ＰＩ Ｃ的永磁同步电机调速系统的研究开发 谭炯炽 （佛山南海广东佛山５２８２００） 摘要： 围绕以ｄｓＰＩＣ为核心的伞数字化永磁同步电机调速系统展开。介绍一套基于ｄｓＰＩＣ控制器的永磁同步电机调速系统的软硬件解决方案，实现转速和电 流双闭环矢量控制。 关键词： 永磁同步电动机 ｄｓＰＩＣ；矢量控制；５ＶＰＷＭ；模糊控制 中图分类号：ＴＭ９２文献标识码：Ａ文章编号：１ ６７１—７５９７（２０１０）０７１００５１－－０１ ０引言 ３软件设计 本系统软件由主程序和中断服务程序构成，主程序完成系统的初始 化，包括各寄存器、变量的初始化以及外部器件的初始化以及检测Ｉ／Ｏ状 态。中断服务程序主要有ＰＷＭ同步中断服务程序，每次电流采样Ａ／Ｄ转换后 产生中断。程序的开发使用Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的ＭＰＬＡＢＩＤＥ集成开发环境。主要 ｛ 括以下几个主要模块：①相电流检测模块；②光电编码器脉冲记数模 永磁同步电动机具有体积小，重量轻，功率密度较高等优点，已广泛 应用于伺服驱动系统、电力传动、铁道牵引等领域。目前，数字化交流伺 服系统主要采用高性能数字处理器和智能功率模块（ＩＰＭ）实现［１，２］。本系 统采用Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的ｄｓＰＩＣ３ＯＦ４０１ｌ型１６位微处理器作为核心控制器，其 最大特点就是运算速度非常快，具有很强运算处理能力，能满足电流环实 时控制的高要求。 块；⑧转速，电流调节模块；④坐标变换模块；⑤正弦，余弦计算模 块；⑥ＰＷＭ波发生模块。 １永磁同步电机矢量控制变频调速原理 矢量控制原理是以转子磁场定向，在同步旋转坐标系中，把定子电流 矢量分解为两个分量：一个分量与转子磁链矢量重合，产生磁通，称为励 磁电流分量；另一个分量与转予磁链矢量垂直，产生转矩，称为转矩电流 分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小，即可控制励磁 电流分量和转矩电流分量的大小，实现交流电动机像直流电动机那样对磁 场和转矩控制的完全解耦［３］。采用矢量控制时，其系统原理如图ｌ所示。 ２系统硬件设计 永磁同步电动机数字化变频系统结构框图如图２。主控电路以控制芯 片ｄｓＰＩＣ３ＯＦ４０１１为核心，包括通信电路，Ａ／Ｄ接【＿＿＿】电路，ＰＷＭ输出驱动电 罩 幕 路，键盘显示接口电路等，用以完成永磁同步电机的电流环、速度环控制 器的算法实现，以及ＰＷＭ波的产生。功率驱动模块以三菱的ＰＳ２１８６５模块为 核心，包括逆变器主电路，电流霍尔采样电路，过流、过压保护电路等， 实现电机转速检测、电流检测和系统保护等。 ＝＝＿■ 罂 ＃ 乙ｆ ～ ＿一／ Ｌ广ｊ－一—一ｔ 丁ｒ厂 ｌ Ｉ “ Ｉ ｊ图３矢量控制软件流程框图 ＰＩＤ控制是最早发展起来的应用经典控制理论的控制策略之一，具有 算法简单，可靠性高的优点。但普通ＰＩＤ的参数不能灵活调整，难以适应转 速复杂的变化规律，为了改善其控制性能，可采用将模糊控制与ＰＩＤ控制理 论有机地结合起来，构造出模糊复合型控制系统，它既具有模糊控制灵活 而适应性强的优点，又具有ＰＩＤ控制精度高的特点。 ４结论 ｛ｉ 一 ｌ——＿ｄ一 ／ Ｌ ｊ一／ｊ Ｊ，卜Ｉ ＝＝ — ｉ ｊ ｌｌ＼ ＼／／ 一／ 一 — ｌ Ｉ ／ｌ ｌ Ｉ ｛ｌ ｌ ｌ Ｉ ｉ Ｉ “ － 图１矢量控制框图图 哮 ————————————— ｌ一 ｝ 本文在分析了矢量控制永磁同步电机全数字化变频调速系统的基本原 理，以ｄｓＰＩＣ３ＯＦ４０１ｌ和ＰＳ２１８６５为核心进行了控制系统的硬件设计和软件设 计，实验结果表明控制系统有良好的动静态性能，采用模糊ＰＩ控制比传统 ￣４ＪＰＩ控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和更高的稳态精度。 参考文献： ［１］王晓明、王玲，电动机的ＤＳＰ控制．北京：北京航空航天大学出版社 ２００４．１２０—１２９． ［２］ｄｓＰＩＣ３０Ｆ系列参考手册．Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｃ．２００５． 图２ ＰＭＳＭ控制系统硬件结构图 ［３］二三菱公司．智能功率模块应用手册．Ｍｉｔｓｕｂｉ ｓｈｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ． 匦＝】ｊ衄