基于XC164CM的汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

以XC164CM為核心的PMSM電機控制系統(tǒng)硬件如圖6所示。整個系統(tǒng)的控制電路由XC164CM組成。XC164CM作為控制核心，接受外部信息后判斷系統(tǒng)的工作模式，并轉(zhuǎn)換成逆變器的開關(guān)信號輸出，該信號經(jīng)驅(qū)動電路后直接驅(qū)動功率MOSFET給電機供電。

電流采樣電路

　　通常PMSM電機的矢量控制要求采樣兩相電機定子電流，如ia和ic。但本系統(tǒng)通過單個采樣電阻采樣直流母線電流, 并結(jié)合實際輸出的PWM組合來推知實際的電機定子相電流。XC164CM的ADC 可以設(shè)置成由PWM波形的上升/下降沿同步觸發(fā)。顯然, 這種方法可以在一個PWM開關(guān)周期內(nèi)對兩相電流采樣兩次，如圖7所示。

轉(zhuǎn)子位置檢測電路

　　電機轉(zhuǎn)子位置反饋采用增量式光電編碼器，該編碼器分辨率為2000脈沖/轉(zhuǎn)，其中A和B信號互差90°(電角度)，XC164CM通過判斷A和B的相位和個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)向和速度。通過采集這些信號判斷電機轉(zhuǎn)子的位置和電機的轉(zhuǎn)速。

　　軟件設(shè)計

　　該系統(tǒng)軟件由2個部分組成：主程序和各功能模塊如電流采樣，速度和位置計算，速度PI控制， 電流PI控制，CLARKE和PARK變換及反變換，空間矢量PWM等。主程序內(nèi)完成系統(tǒng)的初始化，I/O接口控制信號，XC164CM內(nèi)各個控制模塊寄存器的設(shè)置等，然后進入死循環(huán)程序。各功能模塊則以PWM周期為基準按一定時間間隔執(zhí)行。整個軟件流程如圖8所示。

實際測量下來各主要功能模塊所花費的時間如表1所示。

仿真和實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較快的動態(tài)響應和較高的控制精度，完全能夠滿足電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求。特別值得指出的是, XC164CM強大的DSP功能在很短的時間內(nèi)能完成一系列復雜的運算, 不僅保證了PMSM電機矢量控制的實時性, 同時也保證了EPS系統(tǒng)其他任務的順利實施。

　　結(jié)語

　　本文對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵 - PMSM 電機的磁場定向控制系統(tǒng)作了詳細討論。該系統(tǒng)硬件上采用XC164CM作為控制器，電路設(shè)計簡單，緊湊，滿足了系統(tǒng)要求。同時，全數(shù)字化的控制使系統(tǒng)在控制精度，功能和抗干擾能力上都有了很大的提高。XC164CM強大的DSP功能, 智能化的PWM發(fā)生單元以及高性能的ADC下，使得系統(tǒng)只須附加很少的電路元件，即可實現(xiàn)高性能EPS系統(tǒng)，具有很好的市場應用前景。另外，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計也保證了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。