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基于F2808的永磁同步电机伺服系统设计

作者:时间:2012-08-11来源:网络收藏

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,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:

a.JPG



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:

c1.jpg



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:

c.JPG


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)。


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