基于F2808的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
與其他電機(jī)相比，PMSM構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如效率高、低速性能好、轉(zhuǎn)子慣量小等，因此研究PMSM構(gòu)成的高性能驅(qū)動(dòng)和伺服控制系統(tǒng)，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。針對(duì)PMSM控制的工程實(shí)際，設(shè)計(jì)了一種基于DSP F2808的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，采用直流母線電壓紋波補(bǔ)償、遇限削弱積分PI控制算法、防振蕩處理等控制策略，實(shí)現(xiàn)PMSM高性能伺服控制，給出了伺服控制系統(tǒng)相關(guān)原理、軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果?；谏鲜龇椒ㄩ_(kāi)發(fā)的控制裝置具有良好的性能，已獲得實(shí)際應(yīng)用。

2 交流伺服控制系統(tǒng)的相關(guān)控制方法
2．1 PMSM轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制
在d，q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制的PMSM電壓、磁鏈方程為：

式中：Rs為定子繞組電阻；ω為磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度；ψsd，ψsq，Ld，Lq，id，iq分別為d，q軸方向上的磁鏈、電感和電流分量；ψM為永磁體磁鏈。
當(dāng)控制isd=0時(shí)，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程為：
Te=3npψMisq／2 (2)
Te與isq成正比，控制isq可使PMSM獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。
2．2 直流母線電壓紋波補(bǔ)償
實(shí)際系統(tǒng)中，輸入電壓的波動(dòng)和電機(jī)負(fù)載的擾動(dòng)會(huì)引起變頻器直流母線電壓波動(dòng)。為減少母線電壓紋波擾動(dòng)對(duì)PWM輸出電壓的影響，需對(duì)直流母線電壓進(jìn)行合適的紋波補(bǔ)償，具體方法是在定子參考電壓Usα，β方向分量各乘一個(gè)加權(quán)系數(shù)，計(jì)算方法如下：

式中：index為調(diào)制系數(shù)，滿足0index1，其具體值取決于輸出電壓的調(diào)制方式；x為Us在α，β方向的向量輸入，x=α，β；α*，β*為α，β方向的向量輸出。
在這里采用的SVPWM中，index=0．866，0udcbus1對(duì)應(yīng)直流母線電壓的0～100％。y=sign(x)為符號(hào)函數(shù)，定義如下：

2．3 遇限削弱積分PI控制算法
傳統(tǒng)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的增量式模型可寫(xiě)為：
△u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k) (5)
式中：k為采樣次序；u(k)為k時(shí)刻PI調(diào)節(jié)器輸出；e(k)為k時(shí)刻輸入誤差信號(hào)；Kp為比例增益；Ki為積分增益，Ki=KpT／TI，T為采樣周期，Ti為積分時(shí)間常數(shù)。
為防止PI調(diào)節(jié)器積分溢出和輸出飽和，系統(tǒng)采用了遇限削弱積分的退飽和PI控制算法。當(dāng)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)入飽和區(qū)后，不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加，而執(zhí)行削弱積分運(yùn)算，可快速退出飽和。其具體控制算法為：e(k)=r(k)-y(k)，u(k)=x(k-1)+Kpe(k)，x(k)=x(k-1)+Kie(k)+KcorEpi，其中Kcor為校正增益因子，Kcor=Ki／Kp，Epi=uo-u(k)，當(dāng)u(k)>Umax，uo=Umax；當(dāng)u(k)Umin，uo=Umin，否則uo=u(k)。