基于F2808的永磁同步電機伺服系統設計

1 引言
與其他電機相比，PMSM構成的交流伺服系統具有明顯的優勢，如效率高、低速性能好、轉子慣量小等，因此研究PMSM構成的高性能驅動和伺服控制系統，具有重要的理論意義和實用價值。針對PMSM控制的工程實際，設計了一種基于DSP F2808的數字伺服控制系統，采用直流母線電壓紋波補償、遇限削弱積分PI控制算法、防振蕩處理等控制策略，實現PMSM高性能伺服控制，給出了伺服控制系統相關原理、軟硬件設計和實驗結果。基于上述方法開發的控制裝置具有良好的性能，已獲得實際應用。

2 交流伺服控制系統的相關控制方法
2．1 PMSM轉子磁場定向矢量控制
在d，q旋轉坐標系下，轉子磁場定向矢量控制的PMSM電壓、磁鏈方程為：

式中：Rs為定子繞組電阻；ω為磁場旋轉速度；ψsd，ψsq，Ld，Lq，id，iq分別為d，q軸方向上的磁鏈、電感和電流分量；ψM為永磁體磁鏈。
當控制isd=0時，電機電磁轉矩方程為：
Te=3npψMisq／2 (2)
Te與isq成正比，控制isq可使PMSM獲得快速的轉矩響應。
2．2 直流母線電壓紋波補償
實際系統中，輸入電壓的波動和電機負載的擾動會引起變頻器直流母線電壓波動。為減少母線電壓紋波擾動對PWM輸出電壓的影響，需對直流母線電壓進行合適的紋波補償，具體方法是在定子參考電壓Usα，β方向分量各乘一個加權系數，計算方法如下：

式中：index為調制系數，滿足0index1，其具體值取決于輸出電壓的調制方式；x為Us在α，β方向的向量輸入，x=α，β；α*，β*為α，β方向的向量輸出。
在這里采用的SVPWM中，index=0．866，0udcbus1對應直流母線電壓的0～100％。y=sign(x)為符號函數，定義如下：

2．3 遇限削弱積分PI控制算法
傳統數字PI調節器的增量式模型可寫為：
△u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k) (5)
式中：k為采樣次序；u(k)為k時刻PI調節器輸出；e(k)為k時刻輸入誤差信號；Kp為比例增益；Ki為積分增益，Ki=KpT／TI，T為采樣周期，Ti為積分時間常數。
為防止PI調節器積分溢出和輸出飽和，系統采用了遇限削弱積分的退飽和PI控制算法。當PI調節器進入飽和區后，不再進行積分項的累加，而執行削弱積分運算，可快速退出飽和。其具體控制算法為：e(k)=r(k)-y(k)，u(k)=x(k-1)+Kpe(k)，x(k)=x(k-1)+Kie(k)+KcorEpi，其中Kcor為校正增益因子，Kcor=Ki／Kp，Epi=uo-u(k)，當u(k)>Umax，uo=Umax；當u(k)Umin，uo=Umin，否則uo=u(k)。