Matlab與DSP混合實(shí)現無(wú)傳感器矢量控制

　　摘要: 本文介紹了一種采用 MATLAB及 CCS對異步電機無(wú)速度傳感器交流調速系統進(jìn)行調試的方法。應用 MATLAB語(yǔ)言強大的分析能力和繪圖功能，與 DSP高速運算的優(yōu)勢相結合，在自行搭建的無(wú)傳感器矢量控制系統平臺進(jìn)行了調速實(shí)驗，實(shí)驗結果表明，采用 Matlab調試及直接目標代碼生成的方法能避免傳統計算機模擬的復雜編程過(guò)程，減少了工作量，有助于提高系統的綜合效率, 且能夠保持系統良好的動(dòng)靜態(tài)調速控制性能。

　　Matlab是一個(gè)強大的分析、計算和可視化工具，特別適用于控制系統的分析和模擬，但由于其依賴(lài)的平臺是計算機及其 CPU，因而由于 CPU系統功耗的原因，使得 MATLAB程序的執行速度相對于高速信號的輸入/輸出顯得很慢，遠不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)信號處理的要求，而 DSP就其軟件的編程能力而言，與單片機及計算機的 CPU的編程設計方法有類(lèi)似之處，但 DSP比單片機的運算速度快得多，又比 CPU 的功耗及設計復雜度低得多，但是其分析和可視化能力遠不及 Matlab，開(kāi)發(fā)過(guò)程比較復雜。不過(guò)，目前有一種新的技術(shù)，可以將 DSP和 Matlab兩者密切結合起來(lái)，充分利用兩者的特長(cháng)，有力的促進(jìn)控制系統的實(shí)現。

　　伺服驅動(dòng)裝置是印刷機無(wú)軸傳動(dòng)[3]控制系統中重要的組成部分，國內大部分產(chǎn)品是采用帶速度傳感器的專(zhuān)用變頻器調速，控制精度不高 [4]，而國外的產(chǎn)品價(jià)格又非常昂貴，由此，本文自行開(kāi)發(fā)了一套基于 PI調節器的無(wú)速度傳感器矢量控制系統，并且在自行搭建的實(shí)驗平臺進(jìn)行了調速實(shí)驗，在實(shí)驗過(guò)程中，運用了 Matlab與 DSP混合編程的調試方法，實(shí)驗結果表明，采用 Matlab調試及直接目標代碼生成的方法能避免傳統計算機模擬的復雜編程過(guò)程，減少了工作量，有助于提高系統的綜合效率 , 且能夠保持系統良好的動(dòng)靜態(tài)調速控制性能，很好地滿(mǎn)足了印刷機無(wú)軸傳動(dòng)控制系統的要求。

　　2.無(wú)速度傳感器矢量控制系統介紹

　　由于采用高性能的矢量控制方法且缺省了速度傳感器，那么如何準確的獲取轉速信息，且保持伺服系統較高的控制精度，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求，也就成為本課題研究的重要方向。在這里我們采用 PI自適應控制方法 ，利用在同步軸系中 q軸電流的誤差信號實(shí)現對電機速度的估算 ，整體結構如圖 1所示。角速度給定值 ω*與推算角速度反饋值 ω的誤差送入速度調節器，速度調節器的輸出即為電磁轉矩的給定值 Te*，由 iq1 = LrTe/PmLmФd2可以計算出電流的 q軸分量給定值 iq1*，當 q軸電流沒(méi)達到設定值時(shí)，可由 Rs產(chǎn)生的 q軸電壓和 ω1σLs產(chǎn)生的 d軸電壓來(lái)調節。因此，iq1*與定子電流 q軸分量的實(shí)際值 iq1的誤差信號送入 PI調節器調節器的輸出 uq1’為定子電流 q軸分量誤差引起定子電壓 q軸分量的調節量。

　　其中速度推算模塊以不含有真實(shí)轉速的轉子磁鏈方程以及坐標變換方程作為參考模型，以含有待辨識轉速的 PI自適應律為可調模型，以定子電流轉矩分量作為比較輸出量，采用比例積分自適應律進(jìn)行速度估計，經(jīng)過(guò) PI調節后，輸出量就是待求的電機轉速。這種方法計算量小，結構簡(jiǎn)單，容易實(shí)現。