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          基于PSoC?4 的PMSM無傳感器矢量控制

          作者: 時間:2014-09-23 來源:電子產品世界 收藏

            摘要:本文介紹了基于 PSoC®4平臺的FOC解決方案。方案采用改進滑??刂破鬟M行位置估算,可有效消除抖振現(xiàn)象;PSoC®4內部集成兩個支持比較器模式及SAR ADC輸入緩沖功能的運算放大器,無需外部運放即可完成電流采樣;四個可支持中央對齊PWM及同步ADC操作TCPWM模塊,可靈活完成三相電機的控制。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/263243.htm

            關鍵字:PSoC®4,矢量控制,, 滑模觀測器

            Abstract: This paper introduces the sensorless FOC solution based on new product PSoC®4. PSoC4 owns rich on-chip resources which can realize high integrated design. With two internal opamplifiers, PSoC4 can implement two phase currents sensing without external chips; Four TCPWMs which support center-aligned PWM and programmable dead zone can flexibly control three-phase inverter.

            Keywords: PSoC®4,F(xiàn)OC,Sensorless, Slide Mode Observer, Motor control
           

            1. 引言

            永磁同步電動機()因其體積小、重量輕、功率密度高等優(yōu)點而廣泛應用于航空、航天、工業(yè)等領域。在驅動系統(tǒng)中, 無位置傳感器空間矢量控制技術是一種成本低、可靠性好、維護簡單的控制策略,避免了安裝傳感器(如旋轉變壓器、編碼盤等)帶來的系統(tǒng)體積重量增大、維護難等問題,并可適用于一些特殊場合,如空調壓縮機等。PMSM無位置傳感器空間矢量控制技術的難點在于轉子位置的估算,近年來許多學者對此進行了深入的研究,提出了很多方法,如反電動勢過零檢測、高頻注入法、卡爾曼濾波、模型參考自適應法、各種觀測器法等。在這些方法中,滑模觀測器由于其魯棒性強、對系統(tǒng)參數(shù)變化及外界擾動不敏感、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點,在交流調速系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。本文將討論基于滑模觀測器的矢量控制技術。

            2. PMSM無傳感器矢量控制原理

            狀態(tài)觀測器的實質就是重構控制系統(tǒng)的狀態(tài),將原系統(tǒng)中可以直接測量的變量作為新構造系統(tǒng)的輸入信號,并使構造新系統(tǒng)的輸出信號在一定條件下等于原系統(tǒng)的狀態(tài)?;W兘Y構控制就是根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài)的不同,反饋控制器的結構按照事先規(guī)定的控制法則有目的地、不斷地變化。通過控制系統(tǒng)結構的不斷變化,最終使得系統(tǒng)的結構以極高的頻率來回切換,系統(tǒng)的狀態(tài)點做高頻的上下穿越運動即滑模運行。由于變結構控制的這種獨特的不連續(xù)的控制特點,它對被控對象的數(shù)學模型的精確程度要求不高,尤其是在控制過程中被控對象參數(shù)的變化和外部干擾,這些都不會對變結構控制的控制精度產生較大的影響,即變結構控制對外界的干擾有很強的魯棒性。

            變結構控制的基本原理是:在變結構控制中,控制量根據(jù)設定的控制法則在u+(x) 或u−(x) 之間切換. 變結構控制就是根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài)的不同,反饋控制器的結構按照事先規(guī)定的控制法則有目的地、不斷地變化,最終使得系統(tǒng)的結構以極高的頻率不停地來回切換,系統(tǒng)的運動點則以極小的幅度和極高的頻率在S(x)=0 上下穿越。這種特殊的狀態(tài)叫做“滑模狀態(tài)”。此時,這種變結構控制就叫滑模變結構控制。此時,稱S(x)=0 被稱作滑模面,S=S(x) 為切換函數(shù)。

            滑模觀測器設計
          等式2減去等式1可得:

            無傳感器矢量控制

            圖1 無傳感器FOC控制框圖

            圖1為無傳感器FOC控制框圖。整個FOC控制的核心是坐標變換,通過坐標變換將采樣所得的三相電流轉換成轉矩電流分量i_q和磁通電流分量i_d。通過PI控制器分別對i_q和i_d進行控制,并將i_d的參考值設置為0實現(xiàn)最大轉矩控制。三相電流采樣重構后經過滑模觀測器,一方面獲得轉子位置角,用于坐標變換,另一方面可利用角度信息獲取速度信息,用于速度控制。最后通過FOC SVPWM法對三相逆變器進行控制,實現(xiàn)逆變驅動PMSM運行。

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          關鍵詞: Cypress PMSM 無傳感器

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