基于DSP的交流永磁同步电机控制系统设计

第２０卷第１期　２００７年１月　机电产品开簋与刨新　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｖｏ１．２０。Ｎｏ．１　Ｊａｎ．．２００７　

基于ＤＳＰ的永磁同步电机控制系统　

李　铁　‘　

（大连海事大学，辽宁大连１１６０２６）　

摘要：直接转矩控制（ＤＴｃ）是一种高性能的电机控制方法，它根据磁通和转距的要求，直接选择逆变器　的开关顺序，使电机在最佳状态下运行。本文作者设计了一套基于ＴＭＳ３２０Ｆ２４０　ＤＳＰ芯片的永　

磁同步电机直接转距控制系统，介绍了其原理、软硬件结构及工作流程。实验结果证明了设计方　

案的可行性和系统的优良性能。　

关键词：永磁同步电机；直接转矩控制：ＤＳＰ　中图分类号：ＴＭ３８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—６６７３（２００７）０１－１５３－０３　

０引言　

直接转矩控制（简称ＤＴＣ）是德国学者Ｍ．ｄｅｐｅｎｂｒｏｅｋ　

于１９８５年提出的一种新的电机控制理论。与传统的矢　量控制不同，这种理论着眼于转矩和磁通的直接控制，　

也就是在维持磁链幅值不变的情况下，采用定子磁通定向　

的方法，通过调整定子磁通在空间的旋转速度来控制转　

矩，进而控制电机的转速。由于它取消了旋转坐标变　换，因而具有结构简单、手段直接、易于实现全数字化　

的优点【ｌＪ。　ＴＭＳ３２０Ｆ２４０芯片专门面向电机控制领域的数字信　

号处理器，具有通用ＤＳＰ的快速性特点和便于电机控　制的片内资源。本文作者在简要叙述直接转矩控制系统　

原理的基础上，提出了基于ＴＭＳ３２ｏＦ２４０芯片的永磁同　

步电机ＤＴＣ系统实现方案，并通过实验证明了该方案的　

可行性和系统较高的动静态性能。　

１　ＰＭＳＭ直接转矩控制理论　

直接转矩控制（ＤＴＣ）作为一种新型的高性能交流　

调速传动控制技术，２Ｏ世纪８Ｏ年代由德国和Ｅｔ本的科　学家进一步提出。它摒弃了矢量控制中解耦的控制思　

想，采用空间矢量的概念，通过检测定子电压和电流，　

微电机　

基于ＤＳＰ的车用空调永磁同步电机滑模　

控制系统研究　

付强　，刘和平　，陈轶　

（１．重庆大学电气工程学院，重庆４０００４４；　２．重庆建设车用空调器有限责任公司，重庆４０００５２）　

摘要：为了开发一套用于车用空调压缩机的永磁同步电机控制系统，在分析了永磁同步电机数学模　

型和滑模变结构控制的理论的基础上，建立了以Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　ＤＳＰ　５６Ｆ８３４６为控制核心的ＰＭＳＭ无传感器　控制系统，详细介绍了系统主要的软硬件设计流程。使用Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ提供的ＦｒｅｅＭａｓｔｅｒ通信套件方便的　

实现ＤＳＰ和上位机的通信，可以显示和修改代码中定义的中间变量和参数。实验结果表明滑模观测器　

具有良好的鲁棒性，能够很好的跟踪转子实际位置，验证了该控制系统的可行性，为下一步负载匹配　

实验打下了良好的基础。　关键词：永磁同步电机；滑模观测器；飞思卡尔（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ）；车用空调　中图分类号：ＴＭ３４１：ＴＭ３５１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１．６８４８（２０１０）０３—００５６—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ＰＭＳＭ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｉｔｈ　Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　Ｏｂｓｅｒｖｅｒ　ｆｏｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ａｉｒ．ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　ＤＳＰ　５６Ｆ８３４６　

ＦＵ　Ｑｉａｎｇ　，ＬＩＵ　Ｈｅ－ｐｉｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｙｉ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｉｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００３０，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｊｉａｎｓｈｅ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ａｌｃ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００５２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ａ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓ－　ｔｅｍ　ｆｏｒ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ａ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ＰＭＳＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ　（ＳＭ０）ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　ＤＳＰ　５６Ｆ８３４６　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ＰＭＳＭ　ｍａｔｈ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ＳＭＯ　ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｅｏｎｖｅｎ－　ｌｅｎｔ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＰＣ　ａｎｄ　ＤＳＰ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｆｒｅｅ　Ｍａｓｔｅｒ　Ｋｉｔ　ｏｆｆｅｒｅｄ　ｂｙ　Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　Ｉｎｃ．，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｄｉｓｐｌａｙ　ａｎｄ　ｍｏｄｉｆｙ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＤＳＰ　ｐｒｏ・　ｇｒａｍ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ＳＭＯ　ｈａｓ　ｇｏｏｄｎｅｓｓ，ａｎｄ　ｉｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｒａｃｋ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｒｏｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｍｆｉｒｍ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｈａｓ　ｂｕｉｌｔ　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎｅｘｔ　ｌｏａｄ—ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉ—　ｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ＰＭＳＭ；Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　Ｏｂｓｅｒｖｅｒ；Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ；Ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　

第４１卷第１期　

２００７年１月　电力电子技术　

Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．１　

Ｊａｎｕａｒｙ，２００７　

基于ＤＳＰ的永磁交流伺服控制系统研究　

徐艳平　，刘永飘　，钟彦儒　

（１．西安理工大学，陕西西安７１００４８；２．武汉虹信通信技术有限责任公司，湖北武汉４３００７４）　

摘要：永磁同步电机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ．简称ＰＭＳＭ）交流伺服系统在工业领域得到了广泛　

的应用，本文在分析永磁交流伺服系统控制原理的基础上，讨论了基于数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的三相永磁同　

步电机交流伺服系统，并详细论述了该系统的硬件电路结构和软件设计。实验结果表明，基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的三相　

永磁同步电机交流伺服系统硬件和软件设计合理，系统响应迅速，具有优良的动、静态特性。　

关键词：交流伺服系统；软件；硬件；设计／永磁同步电动机　

中图分类号：ＴＭ３５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ００—１００Ｘ（２００７）Ｏ１—００４＇２—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　ＡＣ　Ｓｅｒｖｏ—Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　

ＸＵ　Ｙａｎ—ｐｉｎｇ　，ＬＩＵ　Ｙｏｎｇ—ｐｉａｏ　，ＺＨＯＮＧ　Ｙａｎ—ｒｌｌ　

（１．Ｘｉ’ａｒｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’帆７１００４８，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｗｕｈａｎ　Ｈｏｎｇｘｉｎ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ＡＣ　ｓｅｒｖｏ．ｓｙｓｔｅｍｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔＩｌｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　

ｆｉｅｌｄｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ＡＣ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅ　ＰＭＳＭ　ＡＣ　ｓｅｒｖｏ・　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ）ＴＭＳ３２０Ｆ２８　１２　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　

分类号

编 号

实 验 总 结

题 目 基于DSP的电机控制

院 系 电力学院

专 业 自动化

姓 名 梁宁

学 号 200908831

2012 年 6月 5日

基于DSP的电机控制

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机。它的位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，从而使电机旋转。步进电机具有步进数可控、运行平稳、价格便宜的优点，在加速器控制系统中的应用很广。

传统的步进电机一般可分为永磁式步进电动机(PM Step

Motor)，反应式步进电动机(VR Step Motor)和混合式步进电动机(Hybrid Step Motor)三种。 在数字化电机控制系统产生之前，要想获得高性能的步进电机驱动要么是采用昂贵、难维护的直流电机配便宜的控制装置，要么就是使用便宜的交流电机配昂贵、复杂的控制装置。基于DSP的数字化电机控制的出现改变了这一状况，由于DSP强大的运算能力，它可以实时地实现一些先进的控制算法，获得高性能的电机驱动控制。 数字化电机控制的优点正是由于数字化的信号和信号处理所带来的，和模拟控制相比，它具有互联方便，稳定性好，便于大规模集成，可以构成复杂的系统，容易修改，便于测试、调试和大规模生产等优点。数字化电机控制技术包括两个组成部分，现代电机控制理论和数字信号处理，其中数字信号处理又包括数字信号处理技术和数字信号处理器技术。数字化电机控制的发展和这几个方面的进展是密不可分的。 现代电机控制理论以矢量控制理论为代表，还有近年来得到快速发展的直接转矩控制理论等，这些高性能的控制方案需要进行大量的实时运算，用模拟器件的硬件方案来实现相当困难，难以实用化。只是在具有强大运算能力的控制器如DSP等价格下降，性能提高之后，数字化的高性能控制方案才开始大量步入实用领域。