專(zhuān)利名稱(chēng):基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種控制裝置,特別是一種基于電流滯環(huán)的電永磁同步機(jī)調(diào)速控制裝置。
背景技術(shù):
由于控制簡(jiǎn)單,長(zhǎng)期以來(lái)在要求較高的場(chǎng)合,直流電機(jī)一直占主導(dǎo)地位。但是它存在一些固有的缺點(diǎn),例如電刷、換向器易損耗,需要經(jīng)常維護(hù),換向器會(huì)產(chǎn)生火花,限制了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和過(guò)載能力,且無(wú)法直接應(yīng)用在易燃易爆的工作場(chǎng)合。而交流電機(jī)特別是感應(yīng)電機(jī)則沒(méi)有上述缺點(diǎn)和限制,轉(zhuǎn)子慣量較小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。一般而言,同樣體積的交流電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)高。此外,交流電機(jī)容量可以制造得更大,達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速和電壓。因此,由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求,促使世界各國(guó)重視交流調(diào)速技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。尤其是20世紀(jì)70年代以后,由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流電機(jī)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。交流電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,其控制卻比較復(fù)雜。交流異步電機(jī)價(jià)格便宜,運(yùn)行可靠,但不能經(jīng)濟(jì)地在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速,且需要吸收滯后的勵(lì)磁電流,功率因數(shù)和效率都較低。由于永磁同步電機(jī)(permanentMagnet Synchronous Maehines, PMSM)具有體積小、重量輕,功率密度高、效率和功率因數(shù)高(功率因數(shù)等于I或者接近I等明顯的特點(diǎn),在70年代末和80年代初引起了從事電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)研究的學(xué)者和研究人員的廣泛關(guān)之主,此后永磁同步電機(jī)得到迅速發(fā)展。目前,永磁同步電機(jī)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。美國(guó)GE等公司批量制造出用于計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器的音圈電機(jī)及永磁汽車(chē)起動(dòng)電機(jī);德國(guó)西門(mén)子公司經(jīng)過(guò)十多年的努力,采用多種結(jié)構(gòu),研制成功用于化纖工業(yè)的高速永磁電機(jī)和用于交流調(diào)速的IUA3系列永磁同步電機(jī)。另外,混凝土攪拌機(jī)、輪船推進(jìn)機(jī)、冰箱空調(diào)中的制冷機(jī)、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)、豪華轎車(chē)用起動(dòng)電機(jī)、機(jī)器人控制等越來(lái)越多地采用永磁同步電機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于,提供一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)調(diào)速的電流滯環(huán)控制裝置,該控制裝置能夠根據(jù)給定的速度指令對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù),本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案:一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,其特征在于:包括數(shù)字信號(hào)處理器、仿真器和功率驅(qū)動(dòng)模塊;其中:所述的數(shù)字信號(hào)處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊;功率驅(qū)動(dòng)模塊上有逆變器驅(qū)動(dòng)模塊、電源整流模塊、定子電流檢測(cè)模塊和永磁同步電機(jī),其中,電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動(dòng)模塊的直流電壓;逆變器驅(qū)動(dòng)模塊分別與永磁同步電機(jī)(PMSM)和定子電流檢測(cè)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)仿真接口連接仿真器,數(shù)字信號(hào)處理器和功率驅(qū)動(dòng)模塊的連接方式為:數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)產(chǎn)生PWM的事件管理器(EVA)與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的逆變器驅(qū)動(dòng)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的定子電流檢測(cè)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)脈沖捕捉模塊的輸入端與永磁同步電機(jī)相連接。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是,所述的數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320F2407型DSP。本實(shí)用新型的基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,控制器采用電流滯環(huán),性能優(yōu)異,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),能使永磁同步電機(jī)快速、準(zhǔn)確響應(yīng)轉(zhuǎn)速指令。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖;圖2是電流滯環(huán)控制原理圖;圖3是本實(shí)用新型軟件算法流程以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1,本實(shí)用新型給出一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、仿真器和功率驅(qū)動(dòng)模塊;其中:所述的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、產(chǎn)生PWM波的事件管理器(EVA)和脈沖捕捉模塊;功率驅(qū)動(dòng)模塊上有逆變器驅(qū)動(dòng)模塊、電源整流模塊、定子電流檢測(cè)模塊和永磁同步電機(jī)(PMSM),其中,電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動(dòng)模塊的直流電壓;逆變器驅(qū)動(dòng)模塊分別與永磁同步電機(jī)(PMSM)和定子電流檢測(cè)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)仿真接口連接仿真器,數(shù)字信號(hào)處理器和功率驅(qū)動(dòng)模塊的連接方式為:數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)產(chǎn)生PWM波的事件管理器(EVA)與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的逆變器驅(qū)動(dòng)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的定子電流檢測(cè)模塊相連接;數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)脈沖捕捉輸入模塊的輸入端與永磁同步電機(jī)相連接。本實(shí)施例中,數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)選擇TMS320F2407型DSP。在TMS320F2407型DSP上采用CCS3.3作為程序軟件編譯器,對(duì)永磁同步電機(jī)(PMSM)進(jìn)行調(diào)試,DSP根據(jù)跟定子電流檢測(cè)模塊測(cè)得的轉(zhuǎn)速,發(fā)出控制指令,通過(guò)產(chǎn)生PWM波的事件管理器來(lái)控制逆變器驅(qū)動(dòng)模塊的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)控制永磁同步電機(jī)(PMSM)運(yùn)行。TMS320F2407型DSP是控制核心,它負(fù)責(zé)接收定子電流檢測(cè)模塊發(fā)出的轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器等信息,并對(duì)這些信息進(jìn)行處理,指令產(chǎn)生PWM波的事件管理器產(chǎn)生合適的控制量(PWM信號(hào))來(lái)對(duì)逆變器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。轉(zhuǎn)速的獲取由定子電流檢測(cè)模塊上的光電編碼器和TMS320F2407型DSP上的脈沖捕獲模塊組成,其功能是獲取當(dāng)前永磁同步電機(jī)(PNSM)的轉(zhuǎn)速信息,為T(mén)MS320F2407型DSP的調(diào)速控制提供參考量進(jìn)一步分析處理;電流的獲取由定子電流檢測(cè)模塊上的霍爾傳感器和TMS320F2407的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成,得到永磁同步電機(jī)(PMSM)的三相電流對(duì)TMS320F2407型DSP的電流滯環(huán)控制提供參考量。下面說(shuō)明該控基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速制裝置控制過(guò)程:電流滯環(huán)控制參見(jiàn)圖2,電流滯環(huán)控制的做法是給定在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Id、Iq (Id相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流;Ι,相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流),通過(guò)坐標(biāo)變換,轉(zhuǎn)換成三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、I。,轉(zhuǎn)換得到的這三相電流為給定電流,通過(guò)對(duì)比給定電流和霍爾傳感器測(cè)得的實(shí)際定子三相電流來(lái)決定逆變器驅(qū)動(dòng)模塊的導(dǎo)通與關(guān)斷。以A相為例,設(shè)滯環(huán)寬度為h,當(dāng)輸出電流ia比給定電流ia*大時(shí),且誤差大于0.5h時(shí),產(chǎn)生PWM波的事件管理器通過(guò)內(nèi)置的滯環(huán)比較器輸出負(fù)電平,逆變器驅(qū)動(dòng)模塊上的橋臂開(kāi)關(guān)器件VT1關(guān)斷,下橋臂開(kāi)關(guān)器件VT2導(dǎo)通,使實(shí)際電流減??;當(dāng)減小到與給定電流相等時(shí),滯環(huán)比較器仍保持負(fù)電平輸出,實(shí)際電流繼續(xù)減小,直到誤差大于0.5h時(shí),滯環(huán)控制器翻轉(zhuǎn),輸出正電平信號(hào),上橋臂開(kāi)關(guān)器件VT1導(dǎo)通,下橋臂開(kāi)關(guān)器件VT2關(guān)斷,使實(shí)際電流增大,一直增大到帶寬的上限。以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行,這樣交替工作,實(shí)際電流與給定電流的偏差保持在±0.5h之間,并在給定電流上下作鋸齒狀變化,達(dá)到跟蹤電流的目的。軟件控制部分參見(jiàn)圖3,上電開(kāi)始后,首先要進(jìn)行初始化,主要包括TMS320F2407型DSP內(nèi)的各個(gè)功能模塊的初始化,然后初始化PIE寄存器和PIE向量表,開(kāi)中斷。在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中,光電編碼器對(duì)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣,得到速度信息,通過(guò)PI控制得到給定的電流信號(hào),同時(shí)TMS320F2407型DSP對(duì)永磁同步電機(jī)的電流進(jìn)行采樣,通過(guò)滯環(huán)比較得到所需的控制信號(hào)。TMS320F2407型DSP根據(jù)這些信息對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。
權(quán)利要求1.一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,其特征在于:包括數(shù)字信號(hào)處理器、仿真器和功率驅(qū)動(dòng)模塊;其中: 所述的數(shù)字信號(hào)處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊; 所述的功率驅(qū)動(dòng)模塊上有逆變器驅(qū)動(dòng)模塊、電源整流模塊、定子電流檢測(cè)模塊和永磁同步電機(jī),其中,電源整流模塊用于將外部輸入的交流220V電壓整流轉(zhuǎn)換成適合于逆變器驅(qū)動(dòng)模塊的直流電壓;逆變器驅(qū)動(dòng)模塊分別與永磁同步電機(jī)和定子電流檢測(cè)模塊相連接; 數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)仿真接口連接仿真器,數(shù)字信號(hào)處理器和功率驅(qū)動(dòng)模塊的連接方式為: 數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)產(chǎn)生PWM的事件管理器與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的逆變器驅(qū)動(dòng)模塊相連接; 數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與功率驅(qū)動(dòng)模塊上的定子電流檢測(cè)模塊相連接; 數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)脈沖捕捉模塊的端與永磁同步電機(jī)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,其特征在于,所述的數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320F2407型DSP。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于電流滯環(huán)的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置,包括數(shù)字信號(hào)處理器、仿真器和功率驅(qū)動(dòng)模塊,數(shù)字信號(hào)處理器上有仿真接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、產(chǎn)生PWM波的事件管理器和脈沖捕捉模塊;功率驅(qū)動(dòng)模塊上有逆變器驅(qū)動(dòng)模塊、電源整流模塊、定子電流檢測(cè)模塊和永磁同步電機(jī),該裝置性能優(yōu)異,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn),能使永磁同步電機(jī)快速、準(zhǔn)確響應(yīng)轉(zhuǎn)速指令。
文檔編號(hào)H02P6/06GK202997989SQ20122060529
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者徐淑芬, 徐國(guó)海, 吳德軍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)