基于DSP的無(wú)位置傳感器永磁同步電機磁場(chǎng)定向控制系統

本文著(zhù)重介紹了一種改進(jìn)算法，即取消相電流傳感器且采用滑模觀(guān)測器實(shí)現無(wú)位置傳感器速度控制?！　?br/>

永磁同步電機（PMSM）是近年來(lái)發(fā)展較快的一種電機，由于其轉子采用永磁鋼，屬于無(wú)刷電機的一種，具有一般無(wú)刷電機結構簡(jiǎn)單，體積小，壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)［1］。
本文討論空間矢量控制的永磁同步電機，采用磁場(chǎng)定向算法借助DSP高速度實(shí)現對轉速的實(shí)時(shí)控制。由于控制算法必須獲取轉子位置信息，所以傳統的控制系統都需要以光電編碼器等作為轉子位置傳感器。為了最大限度減少傳感器，本文從改變相電流檢測方法，建立采用砰－砰控制的滑模觀(guān)測器，介紹一個(gè)可以實(shí)現的模型。
2　磁場(chǎng)定向原理
磁場(chǎng)定向控制，簡(jiǎn)稱(chēng)FOC。如圖1所示，兩直角坐標系：αβ坐標系為定子靜止坐標系，α軸與定子繞組a相軸重合；dq為轉子旋轉坐標系，d軸與轉子磁鏈方向重合，并以同步速ωr逆時(shí)針旋轉。兩坐標系之間的夾角為θe?？梢园讯ㄗ与娏骶C合矢量is，在旋轉坐標系 dq軸上如下式分解
is＝isd＋isq （1）
在交流永磁同步電機中，轉子為永磁鋼，可認為轉子電流綜合矢量的模大小不變，常用常數值IF代表。根據交流電機電磁轉矩T與定、轉子電流綜合矢量的普遍關(guān)系式［2］

式中p———極對數
L12———定、轉子互感
i1———定子電流綜合矢量
i2———轉子電流綜合矢量
δ———定、轉子綜合矢量間夾角
這樣電磁轉矩只隨｜i1｜和角δ變化。為了獲得簡(jiǎn)單可控的轉矩特性，可以給定定子電流綜合矢量指令使其始終在q軸上，即δ＝90°，從而得

式中Is———定子電流綜合矢量的模
按上式可以實(shí)現用定子電流綜合矢量的模來(lái)直接控制電動(dòng)機電磁轉矩，從而使永磁同步電動(dòng)機獲得類(lèi)似直流電動(dòng)機的伺服性能，并可得到快速無(wú)靜差的調節特性。圖2為系統控制框圖。

該速度控制系統由速度、電流雙閉環(huán)實(shí)現，采用的算法由相應的模塊實(shí)現，包括：Park變換模塊，Clark變換模塊，反Park變換模塊，轉子位置角估計模塊，轉速計算模塊，弱磁控制模塊，PI調節模塊，空間矢量PWM生成模塊等。整個(gè)控制系統，以DSP芯片為核心再配以簡(jiǎn)單的外圍電路，其復雜的控制算法及功能全部由軟件來(lái)實(shí)現。其中每一個(gè)控制模塊，對應一C調用函數，主函數流程用C語(yǔ)言編制。與有位置傳感器的控制系統相比，無(wú)位置傳感器系統僅在對反饋量的處理中采用了轉角觀(guān)測器模塊函數，而對其他控制模塊，而系統可以以完全相同的方法實(shí)現，這更顯示了軟件構成系統的靈活性?！　?/span>