基于F2808的永磁同步电机伺服系统设计

1 引言
与其他电机相比，PMSM构成的交流伺服系统具有明显的优势，如效率高、低速性能好、转子惯量小等，因此研究PMSM构成的高性能驱动和伺服控制系统，具有重要的理论意义和实用价值。针对PMSM控制的工程实际，设计了一种基于DSP F2808的数字伺服控制系统，采用直流母线电压纹波补偿、遇限削弱积分PI控制算法、防振荡处理等控制策略，实现PMSM高性能伺服控制，给出了伺服控制系统相关原理、软硬件设计和实验结果。基于上述方法开发的控制装置具有良好的性能，已获得实际应用。

2 交流伺服控制系统的相关控制方法
2．1 PMSM转子磁场定向矢量控制
在d，q旋转坐标系下，转子磁场定向矢量控制的PMSM电压、磁链方程为：

式中：Rs为定子绕组电阻；ω为磁场旋转速度；ψsd，ψsq，Ld，Lq，id，iq分别为d，q轴方向上的磁链、电感和电流分量；ψM为永磁体磁链。
当控制isd=0时，电机电磁转矩方程为：
Te=3npψMisq／2 (2)
Te与isq成正比，控制isq可使PMSM获得快速的转矩响应。
2．2 直流母线电压纹波补偿
实际系统中，输入电压的波动和电机负载的扰动会引起变频器直流母线电压波动。为减少母线电压纹波扰动对PWM输出电压的影响，需对直流母线电压进行合适的纹波补偿，具体方法是在定子参考电压Usα，β方向分量各乘一个加权系数，计算方法如下：

式中：index为调制系数，满足0index1，其具体值取决于输出电压的调制方式；x为Us在α，β方向的向量输入，x=α，β；α*，β*为α，β方向的向量输出。
在这里采用的SVPWM中，index=0．866，0udcbus1对应直流母线电压的0～100％。y=sign(x)为符号函数，定义如下：

2．3 遇限削弱积分PI控制算法
传统数字PI调节器的增量式模型可写为：
△u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k) (5)
式中：k为采样次序；u(k)为k时刻PI调节器输出；e(k)为k时刻输入误差信号；Kp为比例增益；Ki为积分增益，Ki=KpT／TI，T为采样周期，Ti为积分时间常数。
为防止PI调节器积分溢出和输出饱和，系统采用了遇限削弱积分的退饱和PI控制算法。当PI调节器进入饱和区后，不再进行积分项的累加，而执行削弱积分运算，可快速退出饱和。其具体控制算法为：e(k)=r(k)-y(k)，u(k)=x(k-1)+Kpe(k)，x(k)=x(k-1)+Kie(k)+KcorEpi，其中Kcor为校正增益因子，Kcor=Ki／Kp，Epi=uo-u(k)，当u(k)>Umax，uo=Umax；当u(k)Umin，uo=Umin，否则uo=u(k)。