基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计

摘要：目前，在数控机床、自动化生产线、工业机器人等小功率应用场合，以永磁同步电机(PMSM)为控制对象的全数字交流伺服系统正逐步取代直流伺服系统。介绍了PMSM的数学模型和磁场定向控制原理，并以TMS320F2808型DSP为核心，结合伺服控制特点，设计了一套功能完善、实时性好的PMSM交流伺服系统。实验结果表明电流环响应迅速、速度和位置闭环控制无稳态误差，证明所设计的硬件系统工作可靠，控制速度快。
关键词：永磁同步电动机；数字信号处理器；伺服控制

1 引言
随着高效率的逆变器、数字信号控制器、高性能伺服电机和控制理论的发展，交流伺服系统取代直流伺服系统成为必然的趋势。
PMSM转子无励磁绕组，电机运行效率高，采用高效的稀土永磁材料励磁可以有效地减少电机体积重量，实现高力矩输出，转子转动惯量明显降低。因而PMSM广泛应用于高性能的交流伺服驱动系统中。
此处设计了一种以TMS320F2808型DSP为核心的全数字PMSM伺服控制硬件平台，在此平台上采用矢量控制算法控制PMSM，实现了位置、速度和电流三闭环控制。

2 位置伺服控制策略简介
沿用理想电机模型的一系列假设，经过一系列推导可得PMSM在转子同步旋转d，q坐标系下的数学模型。

如果不考虑磁路的凸极效应，那么Ld=Lq。由式(2)可知，当is与d轴的夹角为90°时，可获得最大转矩。此时，Te=3npψfsisq／2，由此可得，只要保持is与d轴垂直，可像控制直流电机那样，通过控制isq来控制转矩，实现PMSM转矩的线性化控制。图1示出基于转子磁场定向的PMSM伺服控制系统的结构图。