[发明专利]基于DSP控制的永磁同步电机控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于DSP控制的永磁同步电机控制系统及方法。

背景技术

目前，电动机控制系统的实现方法主要有以下几种：

(1)以模拟电路硬接线方式建立的电机控制系统。

(2)以微控制器为核心的电机控制系统。

(3)在通用计算机上用软件实现的电机控制系统。

(4)利用专用芯片实现的电机控制系统。

(5)用FPGA/CPLD等可编程逻辑器件实现的电机控制系统。

(6)以可编程DSP控制器为核心构成的电机控制系统。

在这6种主要的电机控制系统实现方式中，第一种实现方法为模拟控制系统，而其他5种都属于数字控制系统。这些方法各有优缺点，分别适合于不同的应用场合。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于DSP控制的永磁同步电机控制系统。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于DSP控制的永磁同步电机控制系统，其特征在于包括电源、DSP模块、驱动电路、电流检测电路和传感器组，其中DSP模块的输出端串接驱动电路后分别接永磁同步电机和电流检测电路的输入端，传感器组设置于永磁同步电机的转子上，电流检测电路和传感器组的输出端分别接DSP模块的输入端，电源的输出端接DSP模块的输入端。

优选地，所述传感器组包括分别设置于永磁同步电机的转子上的转子位置传感器和转子速度传感器。

优选地，DSP模块包括速度单位变换模块、减运算环、速度调节器、电流矢量变换模块、两个电流调节器、PWM生成器和功率驱动电路，其中速度单位变换模块的输入端接转子速度传感器的输出端，减运算环的输入端分别接外部给定速度信号和速度单位变换模块的输出端，减运算环和转子位置传感器的输出端分别接电流矢量变换模块的输入端，电流矢量变换模块的输出端分别接两个电流调节器的正输入端，两个电流调节器的负输入端分别接电流检测电路的输出端，两个电流调节器的输出端分别接PWM生成器的输入端，PWM生成器的输出端串接功率驱动电路后接驱动电路的输入端。

优选地，所述驱动电路由全波整流电路依次串接滤波电路、逆变器构成。

所述方法如下：采用电流检测电路检测永磁同步电机三相输入电流的任意两相电流Ia和Ib；然后采用速度单位变换模块读取转子速度传感器输出的速度信号计算得到永磁同步电机转子的实际转速，采用电流矢量变换模块读取转子位置传感器输出的电流信号计算得到永磁同步电机转子的转子的角位移θ，将实际转速与给定参考速度经过减运算环得到速度偏移量，采用电流矢量变换模块将所述速度偏移量经过速度调节器后的调节信号与角位移θ利用PI控制算法，得到定子的参考输入电流；采用电流检测电路检测得到永磁同步电机的输入相电流矢量，调用Clarke变换模块把相电流矢量从三相定子A-B-C坐标系变换到两相静止α-β坐标系中；计算Sinθ和Cosθ，进行Park变换，把相电流矢量从两相静止α-β坐标系变换到两相旋转d-q坐标中；然后分别根据q坐标轴和d坐标轴上的相电流分量与参考输入电流的偏差，进行电流环PI控制，把得到的新电流通过调用Park变换，将其变换回两相静止α-β坐标系中得到PWM生成器输入信号；调用PWM生成器，计算得到PWM信号的占空比，将产生的PWM信号经过功率驱动电路后得到驱动信号输出至驱动电路，驱动三相永磁同步电动机，实现完整的控制。

本发明简化了系统的外围设备，降低了系统的损耗，目标控制系统效率变得更高，运行起来更安静，而且提高了系统的准确性和实时性，获得了更好的控制效果。DSP控制器在实现全数字化电动机控制系统方面有着无可比拟的优势，尤其是在交流电动机的控制方面。TI公司最新推出的TMS320F2812芯片，可用于各种数字伺服控制系统和嵌入式控制系统。是到目前为止用于数字控制领域性能最好的32位定点DSP芯片。TMS320F2812不但把许多在马达控制中常用的硬件电路固化在芯片中，并且提供了充分的程序空间、外围口线和强大的运算能力，足以保证各种复杂控制算法能够在此平台上得以实现，从而满足人们对电动机控制越来越高的性能要求。DSP能够实现诸如无传感器控制等各种实时算法，从而减少系统元器件，大大降低系统成本。

附图说明

图1：统原理框图；

图2：永磁同步电动机控制功率驱动电路拓扑图；

图3：基于DSP的永磁同步电动机调速控制系统硬件简图；

图4：TMS320F2812的基本外围电路；

图5：软件主程序总体设计框图；