永磁同步電動(dòng)機反饋線(xiàn)性化控制系統設計研究

摘要：永磁同步電機(PMSM)具有效率高，功率密度大等突出優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應用，研究其高性能的驅動(dòng)系統成為發(fā)展的必然趨勢。根據PMSM仿射非線(xiàn)性系統，結合微分幾何理論推導出當轉矩和定子磁鏈幅值線(xiàn)性解耦時(shí)的定子電壓方程。以TMS320F2812型DSP為核心，結合PMSM反饋線(xiàn)性化控制的特點(diǎn)，設計了一套功能完善、實(shí)時(shí)性好的PMSM直接轉矩控制(DTC)系統。硬件系統包括輔助電源電路、邏輯保護譯碼電路、采樣電路、驅動(dòng)電路、光電編碼器信號檢測電路。編制了PMSM DTC反饋線(xiàn)性化算法軟件進(jìn)行實(shí)驗研究，實(shí)驗結果表明：硬件系統工作可靠、控制響應快。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機；直接轉矩控制；反饋線(xiàn)性化

1 引言
目前對于PMSM所采用的高性能控制策略主要有兩種：磁場(chǎng)定向控制和DTC。DTC將逆變器和電機作為一個(gè)整體，采用電磁轉矩和定子磁鏈幅值雙滯環(huán)控制，利用最優(yōu)電壓矢量實(shí)現電磁轉矩和定子磁鏈幅值的同時(shí)控制，將不可避免地導致電磁轉矩和定子磁鏈控制的相互耦合，轉矩脈動(dòng)較大，影響系統的穩定運行。為獲得高品質(zhì)的PMSM轉矩控制性能，有必要實(shí)現電磁轉矩和定子磁鏈控制的解耦。
此處采用基于反饋線(xiàn)性化理論的PMSM DTC策略。實(shí)現中需準確地采集定子繞組相電流、母線(xiàn)電壓，控制中還要實(shí)時(shí)地輸出電壓矢量，要求硬件系統實(shí)時(shí)性能好，穩定性高，因此全數字控制成為該系統的首選控制手段。

2 PMSM-DTC反饋線(xiàn)性化控制策略
根據PMSM仿射非線(xiàn)性系統，結合微分幾何理論推導出當轉矩和定子磁鏈幅值線(xiàn)性解耦時(shí)定子兩相靜止α，β坐標系中控制電壓為：
，反饋線(xiàn)性化計算出給定電壓，送至空間矢量脈寬調制(SVPWM)控制環(huán)節給出開(kāi)關(guān)信號。

3 硬件系統設計
以TMS320F2812為核心，結合多種外圍擴展，構成一套功能全面的永磁同步電動(dòng)系統，其硬件系統結構框圖如圖2所示。系統信號檢測主要包括通過(guò)電流傳感器得到的兩相電流ia，ib，母線(xiàn)電流，通過(guò)光電編碼器得到的速度n，和通過(guò)電壓傳感器得到的母線(xiàn)電壓Udc。將檢測到的Udc，ia，ib和轉速給定通過(guò)A／D采樣模塊再送入DSP中，結合反饋線(xiàn)性化軟件算法和SVPWM給出開(kāi)關(guān)信號。而母線(xiàn)電流只用于保護。

DSP擴展的外圍包括：A／D采樣、PWM輸出、I／O口、RS232通信和速度檢測等模塊，為實(shí)現PMSM DTC反饋線(xiàn)性化提供了有利條件。外部擴展的D／A輸出通道，方便了PMSM DTC反饋線(xiàn)性化中磁鏈等非電量的觀(guān)測及系統調試。主要功能模塊設計分析如下。