基于DSP的無位置傳感器永磁同步電機(jī)磁場定向控制系統(tǒng)

本文著重介紹了一種改進(jìn)算法，即取消相電流傳感器且采用滑模觀測器實(shí)現(xiàn)無位置傳感器速度控制?！　?br/>

永磁同步電機(jī)（PMSM）是近年來發(fā)展較快的一種電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)子采用永磁鋼，屬于無刷電機(jī)的一種，具有一般無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，壽命長等優(yōu)點(diǎn)［1］。
本文討論空間矢量控制的永磁同步電機(jī)，采用磁場定向算法借助DSP高速度實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實(shí)時控制。由于控制算法必須獲取轉(zhuǎn)子位置信息，所以傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都需要以光電編碼器等作為轉(zhuǎn)子位置傳感器。為了最大限度減少傳感器，本文從改變相電流檢測方法，建立采用砰－砰控制的滑模觀測器，介紹一個可以實(shí)現(xiàn)的模型。
2　磁場定向原理
磁場定向控制，簡稱FOC。如圖1所示，兩直角坐標(biāo)系：αβ坐標(biāo)系為定子靜止坐標(biāo)系，α軸與定子繞組a相軸重合；dq為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈方向重合，并以同步速ωr逆時針旋轉(zhuǎn)。兩坐標(biāo)系之間的夾角為θe?？梢园讯ㄗ与娏骶C合矢量is，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq軸上如下式分解
is＝isd＋isq （1）
在交流永磁同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子為永磁鋼，可認(rèn)為轉(zhuǎn)子電流綜合矢量的模大小不變，常用常數(shù)值IF代表。根據(jù)交流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T與定、轉(zhuǎn)子電流綜合矢量的普遍關(guān)系式［2］

式中p———極對數(shù)
L12———定、轉(zhuǎn)子互感
i1———定子電流綜合矢量
i2———轉(zhuǎn)子電流綜合矢量
δ———定、轉(zhuǎn)子綜合矢量間夾角
這樣電磁轉(zhuǎn)矩只隨｜i1｜和角δ變化。為了獲得簡單可控的轉(zhuǎn)矩特性，可以給定定子電流綜合矢量指令使其始終在q軸上，即δ＝90°，從而得

式中Is———定子電流綜合矢量的模
按上式可以實(shí)現(xiàn)用定子電流綜合矢量的模來直接控制電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，從而使永磁同步電動機(jī)獲得類似直流電動機(jī)的伺服性能，并可得到快速無靜差的調(diào)節(jié)特性。圖2為系統(tǒng)控制框圖。

該速度控制系統(tǒng)由速度、電流雙閉環(huán)實(shí)現(xiàn)，采用的算法由相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)，包括：Park變換模塊，Clark變換模塊，反Park變換模塊，轉(zhuǎn)子位置角估計模塊，轉(zhuǎn)速計算模塊，弱磁控制模塊，PI調(diào)節(jié)模塊，空間矢量PWM生成模塊等。整個控制系統(tǒng)，以DSP芯片為核心再配以簡單的外圍電路，其復(fù)雜的控制算法及功能全部由軟件來實(shí)現(xiàn)。其中每一個控制模塊，對應(yīng)一C調(diào)用函數(shù)，主函數(shù)流程用C語言編制。與有位置傳感器的控制系統(tǒng)相比，無位置傳感器系統(tǒng)僅在對反饋量的處理中采用了轉(zhuǎn)角觀測器模塊函數(shù)，而對其他控制模塊，而系統(tǒng)可以以完全相同的方法實(shí)現(xiàn)，這更顯示了軟件構(gòu)成系統(tǒng)的靈活性?！　?/span>