波纹管厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
波纹管厂家
热门搜索:
行业资讯
当前位置:首页 > 行业资讯

基于F2808的永磁同步电机伺服系统设计

发布时间:2020-07-21 18:05:52 阅读: 来源:波纹管厂家

摘要:设计了一种基于DSF F2808的永磁同步电机(PMSM)伺服控制系统,系统基于转子磁场定向矢量控制方法,结合工程实际,采用了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伺服控制,设计了交流伺服控制系统软硬件,并得到了相应实验结果,验证了上述方法的有效性与合理性。关键词:同步电机;伺服控制;工程设计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)。2.4 防振荡处理在伺服控制中,当转子转到给定位置时,电机转矩还需给负载一个保持转矩,该转矩使电机转子易发生振荡,使转子来回摆动无法快速定位。为达到快速、精确的定位功能,系统采用变PI系数的控制方法,其原理如图1所示。当位置误差足够大时(区域1和5),进行快速调节,位置和速度PI调节器参数保持不变;当位置误差足够小时(区域2和4),为防止超调,PI调节器参数逐渐变小;当转子进入防摆动区域时(区域3),PI调节器参数均设置为零,即保持位置不变。实验表明,该方法能够有效消除转子到达预定位置时停机的振荡现象。

本文引用地址:

基于矢量控制的PMSM伺服控制系统框图如图2所示。

系统采用三环结构:位置环为外环,以获得准确的位置控制;速度环为中环,实现速度跟踪;基于id=0磁场定向控制的电流环设置为内环,以获得快速的转矩响应。主要控制策略包括:转子磁场定向矢量控制、空间矢量调制、直流母线电压纹波补偿、遇限削弱积分PI控制算法及防振荡处理等。3 伺服控制系统软硬件结构及其设计3.1 系统硬件设计基于DSP F2808的伺服控制系统硬件结构如图3所示,主要包括F2808控制板、IGBT功率模块和驱动电路、电压电流检测电路、光电编码器位置检测电路、LCD显示电路、辅助电源及一台带增量式光电编码器的PMSM伺服实验电机。

(1)F2808是一款高性价比的32位定点DSP控制器,运算速度高达100 MIPs,具有运算速度快,存储容量大,采样精度高,扩展能力强等特性,包含电机驱动的所有外设,无需扩展即可实现全部控制功能。在系统中,该DSP完成磁场定向矢量控制、空间矢量调制、直流母线电压纹波补偿、遇限削弱积分PI控制算法等的全部控制算法。 (2)系统采用电阻分压法采样检测直流母线电压,电机两相输入电流用电流霍尔LV28-NP检测,得到的电流采样信号经滤波处理、比例放大和电平提升后送入DSP的A/D采样模块。同时采样信号通过比较电路还用作软硬件保护信号,如欠压、过压、过流保护等。 (3)电机增量式光电编码器输出的正交脉冲信号经抗干扰处理后,送至DSP正交编码器QEP接口。DSP通过对输入脉冲的计数,计算出电机转子转速和相对转子位置。编码器的index信号用于初始定位和转子位置偏差的校正。 (4)系统采用LCD显示电机各运行状态参数。同时通过RS232与PC连接,开发人机界面,对电机进行实时控制和状态监控。3.2 伺服系统软件设计系统在进行伺服控制时,由图2可知,首先通过比较给定位置与编码器实测位置得到位置误差,该误差经抗扰动处理后,由位置PI调节器得到一个速度给定。速度给定与实测转速进行比较,经速度PI调节器得到转矩电流参考。参考电流与实际电流进行比较,误差经电流PI调节器得到电压输出向量。经直流母线电压纹波补偿后,通过SVPWM计算产生PWM控制信号,用以控制逆变器驱动伺服电机。

系统控制程序流程图如图4所示,包括主程序、位置中断程序和PWM周期定时中断程序。主程序主要完成DSP的初始化、故障控制、应用程序控制切换和制动控制;位置中断程序主要包括位置/速度的检测与计算、定位控制、位置闭环伺服控制和速度闭环控制等,中断周期为1 ms;PWM周期中断程序主要包括模拟信号检测,正余弦计算,电流环控制及PWM输出控制,中断周期为125μs,即开关频率为8 kHz。4 实验结果分析为实现上述控制,构建了实验装置,系统包括一块F2808控制板和参数检测驱动板,一台功率为300 W带增量式光电编码器(2 048线/转)的PMSM伺服电机。在此装置上进行电流、转速闭环和位置闭环实验。实验直流母线电压为72 V,PWM频率8 kHz,电压、电流的采样周期为125μs,位置和速度的采样周期为1 ms。 当电机稳态运行过程中,突加、突卸负载时,id,iq的电流响应波形如图5a所示,电流变化曲线表明该系统具有快速的转矩响应,动态性能良好。

进行了两种位置实验:①给定位置从0线到1 000线的位置响应波形如图5b所示;②给定位置从0线到20 000线,再到-20 000线,最后到0线的位置响应波形如图5c所示。可见,该伺服系统可以实现快速的正反转运行,定位精度高且转速跟踪响应快,且消除了定位振荡。5 结论设计了一种基于DSP F2808的永磁同步电机伺服控制系统。针对工程实际,采用了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,实现了数字伺服控制。实验结果表明,该系统能够满足伺服控制的各项要求,并具有快速的转矩响应,在实现位置控制和速度控制时具有较高的位置控制精度。

pwm相关文章:pwm是什么

伺服电机相关文章:伺服电机工作原理

矢量控制相关文章:矢量控制原理

苏州碧莲盛电话

石家庄碧莲盛

成都碧莲盛好吗

相关阅读