永磁同步伺服电机驱动器设计原理

第４８卷　２０１５拄　第６期　６月　Ｖｏ１．４８．Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１５　

基于ＤＳＣ和ＩＰＭ的永磁伺服电机驱动器设计　

毛潭，金磊，邢庆辉，张从鹏　

（北方工业大学机电工程学院，北京１００１４４）　

摘要：采用智能功率模块ＦＳＡＭ２０ＳＨ６０Ａ和数字信号控制器ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＶＧＴ６，设计了交流永磁同步电机数字驱动　器；开发了功率驱动模块、主控模块及接口电路等硬件；基于开发的硬件系统，实现了交流永磁同步电机的磁场定　向的矢量控制算法，完成了驱动器软硬件调试。实验结果表明：驱动器实现了永磁伺服电机的速度控制，速度控制　误差小于１％，可以满足多数工业场合的应用。　关键词：Ｃｏｄｅｘ．Ｍ４；ＩＰＭ；嵌入式系统；数字驱动器；ＦＯＣ算法　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—６８４８（２０１５）０６—００６９－０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｅｒｖｏ　Ｍｏｔｏｒ　Ｄｒｉｖｅｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＣ　ａｎｄ　ＩＰＭ　

ＭＡＯ　Ｔａｎ，ＪＩＮ　Ｌｅｉ，ＸＩＮＧ　Ｑｉｎｇｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｃｏｎｇｐｅｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１４４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ＡＣ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ　ＦＳＡＭ２０ＳＨ６０Ａ　ａｎｄ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＶＧＴ６．Ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｄｒｉｖｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ．ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｈｅ　ＡＣ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｆｉｅｌｄ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗａｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｗａｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｅｒｖｏ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｒｒｏｒ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　１％．Ｉｔ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｍｏｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｏｃｃａｓｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｒｔｅｘ・Ｍ４；ＩＰＭ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｄｒｉｖｅ；ＦＯＣ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计

摘要：近年来270V高压直流供电体制在各种装备上开始大量应用，本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的高压大功率永磁同步电机驱动控制方案，详细描述了系统的硬件组成和软件设计结构。试验结果表明，该系统较好的解决了高压供电带来的干扰问题，具有调速性能良好、效率高、抗干扰能力强等特点，满足型号的使用要求。

关键词：270V高压；永磁同步电机驱动器；抗干扰

0 引言

随着我国对高压直流电源系统的深入研究，新一代装备已开始采用270V高压直流供电系统，这种新型电源体制不但具有传输功率大、传输效率高、供电可靠性高和电源配电重量轻的特点，而且还将大大减小低压直流供电系统的电器设备的大电流电弧干扰，提高了武器装备的综合能力[1]。

本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的大功率PMSM驱动控制方案，详细叙述了系统的硬件组成和软件设计结构。并在此基础上，设计了一套大功率PMSM驱动控制系统，该系统具有调速性能良好，效率高等特点，满足型号的使用要求。

1 系统总体设计

1.1 永磁同步电机（PMSM）数学模型

永磁同步电机由于具备小体积、高效率及功率密度、调速性能良好等优点得到了越来越广泛的应用。PMSM的数学模型包括电动机的运动方程，物理方程和转矩方程，这些方程是永磁同步电机数学模型的基础。控制对象的数学模型能够准确的反应被控系统的静态和动态特性。为方便分析，先做以下假设[2~4]：

1）磁路不饱和，即电机电感大小不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗；

2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；

3）三相绕组完全对称，永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布；

第２３卷第１期　２０１１年３月　北方工业大学学报　Ｊ．ＮｏＲＴＨ　ＣＨＩＮＡ　ＵＮＩＶ．ｏＦ　ＴＥＣＨ．　Ｖｏ１．２３　ＮＯ．１　Ｍａｒ．２Ｏ１１　

永磁同步电动机伺服系统产品化设计与实现　

樊生文　刘海山　李正熙　（北方工业大学电力电子及电气传动工程研究中心，］００］４４，北京）　

摘　要　为实现高性能永磁同步电动机（ＰＭＳＭ）伺服系统的快速、精确的位置跟踪控制，　在分析永磁交流伺服系统控制原理基础上，设计了基于数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８０８的三相　永磁同步电机交流伺服系统，介绍了该系统的硬件电路结构和软件设计．经实验结果表明，该系　统的硬件和软件设计合理，系统响应迅速，并具有优良的动、静态特性，可获得优良的位置跟踪　效果．　关键词　位置跟踪；数字信号处理器；永磁同步电动机；伺服系统　分类号ＴＰ２７　

交流永磁同步电动机具有结构简单、体积　小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低、易于散　热及维护保养等优点，在现代交流调速中有着　广泛的应用ｌ＿１　］．特别是数字信号处理器（ＤＳＰ）　的出现，使得矢量控制理论广泛应用于交流伺　服系统，提高了永磁同步电动机伺服系统的性　能　．本文利用ＴＭＳ３２ＯＦ２８Ｏ８　ＤＳＰ的片上　资源，应用矢量控制原理，设计了三相永磁同步　电动机交流伺服系统．系统采用Ｍ法和Ｔ法＿８］　相结合的测速方法，在运行中实现了高性能的　位置跟踪及动、静态特性．　

１　ＰＭＳＭ矢量控制原理　

通过引入Ｃｌａｒｋｅ和Ｐａｒｋ变换，可以得到　定位在定子ｄ—ｑ坐标系下（如图１所示）的交　流永磁同步电动机电压及转矩方程　：　［　［Ｒ　＋Ｐ　Ｌ　－－￣ｌｇ　ｑ　］＋　

式中：“ｄ、Ｕ　一ｄ、ｑ轴定子电压；ｉｄ、ｉ　一ｄ、ｑ　轴定子电流；Ｌａ、Ｌ。一定子绕组自感；奶一　√手奶　一　为永磁体基波励磁磁场链过定子　绕组的磁链；ａ／－ｔｔｍ一与定子ｕ、ｖ、ｗ相交链的永　磁体磁链的幅值．　

图１永磁同步电机ｄ—ｑ变换模型　电磁转矩方程为：　一　卜　ｉｎ　ｓｉｎ（　一孚）一　

第32卷 第33期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.32 No.33 Nov.25, 2012 82 2012年11月25日 Proceedings of the CSEE ©2012 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013 (2012) 33-0082-07 中图分类号：TM 351 文献标志码：A 学科分类号：47040

表贴式永磁同步电机伺服系统电流环设计

王恩德，黄声华

(强电磁工程新技术国家重点实验室(华中科技大学)，湖北省 武汉市 430074)

Current Regulator Design for Surface Permanent Magnet Synchronous Motor Servo Systems

WANG Ende, HUANG Shenghua

(State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology (Huazhong University of

Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China)

ABSTRACT: The current control loop directly affects the

current of the surface permanent magnet synchronous motor

(SPMSM) and the electromagnetic torque, which makes the

static and dynamic performance of the motor deteriorate. The

decoupling control cannot be realized with the changes of the