基于DSP的PMSM矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

摘要：為實(shí)現(xiàn)對永磁同步電機(jī)(PMSM)的最優(yōu)控制，設(shè)計了一種以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心的控制器，深入分析了控制器中對電機(jī)運(yùn)行精度影響較大的幾個模塊，并進(jìn)行了優(yōu)化。采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)完成了系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試，實(shí)驗結(jié)果驗證了所設(shè)計控制器的可行性，并能滿足PMSM的高性能控制要求。
關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；矢量控制；空間矢量脈寬調(diào)制

1 引言
PMSM具有轉(zhuǎn)動慣量小、功率密度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在高性能的電機(jī)控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)控制的數(shù)字化已成為主流趨勢，而高性能的電機(jī)控制算法都是通過主芯片實(shí)現(xiàn)的。目前，在電機(jī)控制領(lǐng)域中，最具代表性的DSP是TMS320F2000系列，其中TMS320F12812是該系列中的一款主流32位定點(diǎn)DSP，與TMS320F2407相比，它具有更豐富的硬件資源和更快的計算速度，可用于實(shí)現(xiàn)高性能電機(jī)控制系統(tǒng)。在此采用TMS320F2812設(shè)計了一種PMSM控制器，利用C語言編程進(jìn)行軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)速度、電流雙閉環(huán)控制。

2 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)
矢量控制的基本思想是通過坐標(biāo)變換，將電機(jī)定子電流分解成產(chǎn)生磁通的直軸分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的交軸分量，并使兩分量相互垂直，彼此進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)與控制。id=0控制法是目前交流電機(jī)控制中應(yīng)用最廣的矢量控制法。由于定子電流中只有交軸分量，沒有直軸去磁分量，因而不會產(chǎn)生去磁效應(yīng)，且電機(jī)定子磁鏈空間矢量和永磁體磁鏈空間矢量正交，從電機(jī)端口看，此時的交流PMSM相當(dāng)于一臺他勵直流電機(jī)。該系統(tǒng)在矢量控制的基礎(chǔ)上采用SVPWM技術(shù)來控制逆變器的輸出電壓，電機(jī)所有電流均用來產(chǎn)生電磁力矩，電機(jī)控制效率高，轉(zhuǎn)矩特性好，可獲得很寬的調(diào)速范圍，PMSM矢量控制系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與分析
PMSM調(diào)速系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。主要包括主電路、控制電路、功率驅(qū)動電路、檢測及保護(hù)電路等。主電路包括整流電路和逆變電路，其中整流部分由4個二極管構(gòu)成整流橋?qū)崿F(xiàn)；逆變電路是由6個IGBT元件構(gòu)成的開關(guān)電路，可輸出相位差120°的三相對稱電壓。