基于DSP的永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：目前，在數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人等小功率應(yīng)用場(chǎng)合，以永磁同步電機(jī)(PMSM)為控制對(duì)象的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)正逐步取代直流伺服系統(tǒng)。介紹了PMSM的數(shù)學(xué)模型和磁場(chǎng)定向控制原理，并以TMS320F2808型DSP為核心，結(jié)合伺服控制特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套功能完善、實(shí)時(shí)性好的PMSM交流伺服系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電流環(huán)響應(yīng)迅速、速度和位置閉環(huán)控制無穩(wěn)態(tài)誤差，證明所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)工作可靠，控制速度快。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；數(shù)字信號(hào)處理器；伺服控制

1 引言
隨著高效率的逆變器、數(shù)字信號(hào)控制器、高性能伺服電機(jī)和控制理論的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)成為必然的趨勢(shì)。
PMSM轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁繞組，電機(jī)運(yùn)行效率高，采用高效的稀土永磁材料勵(lì)磁可以有效地減少電機(jī)體積重量，實(shí)現(xiàn)高力矩輸出，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量明顯降低。因而PMSM廣泛應(yīng)用于高性能的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
此處設(shè)計(jì)了一種以TMS320F2808型DSP為核心的全數(shù)字PMSM伺服控制硬件平臺(tái)，在此平臺(tái)上采用矢量控制算法控制PMSM，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和電流三閉環(huán)控制。

2 位置伺服控制策略簡(jiǎn)介
沿用理想電機(jī)模型的一系列假設(shè)，經(jīng)過一系列推導(dǎo)可得PMSM在轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。

如果不考慮磁路的凸極效應(yīng)，那么Ld=Lq。由式(2)可知，當(dāng)is與d軸的夾角為90°時(shí)，可獲得最大轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，Te=3npψfsisq／2，由此可得，只要保持is與d軸垂直，可像控制直流電機(jī)那樣，通過控制isq來控制轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)PMSM轉(zhuǎn)矩的線性化控制。圖1示出基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的PMSM伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。