永磁同步電動機(jī)反饋線性化控制系統(tǒng)設(shè)計研究

摘要：永磁同步電機(jī)(PMSM)具有效率高，功率密度大等突出優(yōu)點，因此得到了廣泛應(yīng)用，研究其高性能的驅(qū)動系統(tǒng)成為發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)PMSM仿射非線性系統(tǒng)，結(jié)合微分幾何理論推導(dǎo)出當(dāng)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值線性解耦時的定子電壓方程。以TMS320F2812型DSP為核心，結(jié)合PMSM反饋線性化控制的特點，設(shè)計了一套功能完善、實時性好的PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括輔助電源電路、邏輯保護(hù)譯碼電路、采樣電路、驅(qū)動電路、光電編碼器信號檢測電路。編制了PMSM DTC反饋線性化算法軟件進(jìn)行實驗研究，實驗結(jié)果表明：硬件系統(tǒng)工作可靠、控制響應(yīng)快。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；反饋線性化

1 引言
目前對于PMSM所采用的高性能控制策略主要有兩種：磁場定向控制和DTC。DTC將逆變器和電機(jī)作為一個整體，采用電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值雙滯環(huán)控制，利用最優(yōu)電壓矢量實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的同時控制，將不可避免地導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈控制的相互耦合，轉(zhuǎn)矩脈動較大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為獲得高品質(zhì)的PMSM轉(zhuǎn)矩控制性能，有必要實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈控制的解耦。
此處采用基于反饋線性化理論的PMSM DTC策略。實現(xiàn)中需準(zhǔn)確地采集定子繞組相電流、母線電壓，控制中還要實時地輸出電壓矢量，要求硬件系統(tǒng)實時性能好，穩(wěn)定性高，因此全數(shù)字控制成為該系統(tǒng)的首選控制手段。

2 PMSM-DTC反饋線性化控制策略
根據(jù)PMSM仿射非線性系統(tǒng)，結(jié)合微分幾何理論推導(dǎo)出當(dāng)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值線性解耦時定子兩相靜止α，β坐標(biāo)系中控制電壓為：
，反饋線性化計算出給定電壓，送至空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)控制環(huán)節(jié)給出開關(guān)信號。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計
以TMS320F2812為核心，結(jié)合多種外圍擴(kuò)展，構(gòu)成一套功能全面的永磁同步電動系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。系統(tǒng)信號檢測主要包括通過電流傳感器得到的兩相電流ia，ib，母線電流，通過光電編碼器得到的速度n，和通過電壓傳感器得到的母線電壓Udc。將檢測到的Udc，ia，ib和轉(zhuǎn)速給定通過A／D采樣模塊再送入DSP中，結(jié)合反饋線性化軟件算法和SVPWM給出開關(guān)信號。而母線電流只用于保護(hù)。

DSP擴(kuò)展的外圍包括：A／D采樣、PWM輸出、I／O口、RS232通信和速度檢測等模塊，為實現(xiàn)PMSM DTC反饋線性化提供了有利條件。外部擴(kuò)展的D／A輸出通道，方便了PMSM DTC反饋線性化中磁鏈等非電量的觀測及系統(tǒng)調(diào)試。主要功能模塊設(shè)計分析如下。