基于STM32的交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
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3．1 FOC+SVPWM的控制原理
矢量控制的實(shí)質(zhì)是坐標(biāo)變換，即將PMSM三相定子電流Ia、Ib經(jīng)過Clarke 3／2變換成兩相靜止坐標(biāo)系中的Iα、Iβ，再經(jīng)過Park變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的Id、Iq。通常在控制時(shí)令I(lǐng)d=0，實(shí)現(xiàn)定子繞組與d軸的完全解耦，從而可以很好地控制電磁轉(zhuǎn)矩，這與永磁直流電機(jī)的控制原理類似。電壓空間矢量控制SVPWM是根據(jù)逆變器功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)和導(dǎo)通順序?qū)A形空間旋轉(zhuǎn)磁場分成6個(gè)扇區(qū)，根據(jù)定子上反饋的電流值大小和給定值的比較來確定當(dāng)前所處的扇區(qū)，通過相應(yīng)的控制算法輸出6路PWM信號控制逆變器橋開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速控制。圖5為PMSM矢量控制的原理圖。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161748.htm
3．2 STM32實(shí)現(xiàn)電流、轉(zhuǎn)速環(huán)的控制算法
在函數(shù)FOC_Model(MC_FOC_DRIVE．c)中，當(dāng)電流轉(zhuǎn)換開始即執(zhí)行如下的算法流程。首先讀取三相定子電流Ia、Ib，然后進(jìn)行Clarke函數(shù)變換得到兩項(xiàng)靜止坐標(biāo)系中的電流Iα、Iβ，再經(jīng)過Park函數(shù)得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的Id、Iq。給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后，輸出信號作為電流環(huán)的輸入給定信號Iqref。Id的給定值Idref=0，轉(zhuǎn)矩電流Iq和勵(lì)磁電流Id分別經(jīng)過PI調(diào)節(jié)和限幅控制后經(jīng)過Park反變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Vd、Vq，由Vd、Vq的值判斷空間矢量的扇區(qū)號S，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和控制。
3．3 高精度PWM產(chǎn)生
STM32可提供13．8 ns的定時(shí)精度，其內(nèi)部高級定時(shí)器是由一個(gè)自動(dòng)重裝載的16位計(jì)數(shù)器組成，可輸出高精度的PWM波形(輸出比較PWM、嵌入“死區(qū)”的互補(bǔ)PWM)。PWM的輸出模式有邊沿和中心對稱兩種模式，由于中心對稱模式下PWM波形沒有精度損失，因此，論文選取中心對稱模式下的7路帶死區(qū)互補(bǔ)輸出的PWM作為驅(qū)動(dòng)芯片的控制信號。
電機(jī)控制PWM信號是由TIMx_ARR寄存器確定頻率，由TIMx_CCRx寄存器確定占空比，示波器上讀出的6路PWM信號及控制逆變器工作輸出的電流波形圖如圖6所示。
STM32控制電機(jī)的主程序中應(yīng)包含如下兩個(gè)函數(shù)：STM32F10x-MCconf．h，定義用于選定的電流反饋類型；MC_Control_Param．h，定義PWM頻率，死區(qū)時(shí)間(ns)及寄存器更新率REP_RATE。
這兩個(gè)函數(shù)的定義如下：
結(jié)語
本文所設(shè)計(jì)的基于STM32的交流PMSM控制，結(jié)合先進(jìn)的IPM功率逆變器，簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，充分利用以Cotex-M3為內(nèi)核的STM32的優(yōu)勢，其豐富的固件庫函數(shù)縮短了開發(fā)周期。圓網(wǎng)印花機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用表明，基于STM32的交流PMSM具有良好的動(dòng)態(tài)性能，符合工業(yè)控制的需求。
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