关键字 |
| 磁场定向控制(FOC),直接转矩控制(DTC),永磁同步电机(永磁同步电动机)、数字信号处理器(DSP)、空间矢量脉宽调制(SVPWM),代码作曲家工作室(CCS),正交编码器脉冲(QEP) |
介绍 |
| 直流电机是最普遍的选择用于高性能系统。受欢迎的主要原因是由于控制转矩和磁通的能力很容易和独立。但它需要经常维护和最终更换刷换向片,也有一个有效的输入电压下降。交流电机在直流电机的主要优势是,他们不需要固定和旋转部件之间的电气连接的电动机。因此,他们不需要任何机械换向片和刷,主要是维护自由马达。他们也有更高的效率比直流电机和高过载能力。 |
| 永磁同步电机广泛应用于低和中期电力应用等电脑周边设备、机器人、调速驱动器和电动车。在过去的几年里,电气传动控制领域经历了快速扩张的优势主要是由于半导体功率和信号电子和微电子的微处理器和dsp达到顶峰。这些技术进步使真正有效的交流传动控制的发展越来越低功耗硬件和更准确的控制结构。电气传动控制更加精确,不仅是直流电流和电压控制的三个阶段电流和电压是由所谓的矢量控制。 |
| 本文提出了面向领域的控制最有效的形式的矢量控制方案。它是基于三个主要观点:机器电流和电压空间向量,一个三阶段的转换速度和时间依赖系统为两个协调时不变系统和有效的脉冲宽度调制模式的一代。因此控制交流电机获得每一个直流电机控制的优势和释放自己从机械换向的缺点。此外,这种控制结构,通过实现一个非常准确的稳态和瞬态控制,导致高动态性能的响应时间和能量转化。 |
文献调查 |
| 原了本文研究的目的是调查的优缺点传感器FOC永磁同步电动机。这涉及到学习无刷电机运行的基本原理,驱动部分和控制算法。额外的主题的重要性被发现是克拉克和公园变换,空间矢量PWM的修改,必须对传统的同步电机理论来描述永磁同步电动机和三相逆变器控制技术。 |
| 实现控制算法,需要高性能数字信号处理器。因此研究是选择适当的dsp实时应用程序。各种应用程序的制造商给出了一个有关如何实现该算法。理解CCS软件开发是非常必要的。 |
系统模型 |
| 永磁同步电动机没有相同的关键特性的直流电机。在永磁同步电动机中,只有一个来源是可以控制的,即定子电流。永磁同步电动机的转子励磁由永久磁铁安装在轴上,权力和磁场的唯一来源是定子相电压。显然,相对于直流电机、磁通和转矩相互依赖。 |
| FOC在同步机的目的是分别控制扭矩生产和磁化通量组件。控制技术模仿直流motorA¢年代操作将使我们能够分离转矩和定子电流的磁化通量组件。磁化的解耦控制,转矩产生的定子组件通量现在可以被认为是独立的转矩控制。 |
| 解耦扭矩和通量,需要一些数学变换和相同necessaties高计算能力微控制器的必要性。这些微控制器使数学转换的处理能力和惊人的速度进行。这反过来意味着整个算法控制电动机可以快速执行,使更高的动态性能。除了解耦,电机的动态模型用于许多数量的计算如转子磁通角和转子速度。这意味着他们的效果是占和整体的控制质量很好。 |
| 在同步电机产生的转矩/电磁定律,等于向量叉积的两个现有的磁场: |
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| 这个表达式表明,最大转矩,当定子和转子磁场是正交的。如果这个条件可以确保所有的时间正确定向流量,可以减少转矩脉动,可以获得更好的动态响应。然而,要知道转子位置正交编码器利用。 |
| 目的是保持转子和定子磁通在正交:ie。沿着„使定子磁通问axisA¢的转子磁通,即正交于转子磁通。为了达到这一点,定子电流分量与转子磁通交生成命令转矩控制,并直接组件被设置为零。 |
技术背景 |
| 船由控制定子电流由一个向量表示。船是基于预测的3阶段时间和速度相关的系统转换成两个协调(d和q坐标)时不变系统。这些预测导致结构类似直流电机的控制。船机需要两个常量:转矩分量(与q协调一致)和通量组件(与d协调)作为输入引用。船是基于预测,控制结构处理瞬时电数量。同样使控制准确的稳态和瞬态工作操作和独立的有限带宽的数学模型。FOC从而解决了经典方案问题,在以下方面: |
| 一个¯·易于达到常数引用(定子电流的转矩分量和通量组件) |
| 一个¯·应用DTC的轻松,因为在(d, q)参考系扭矩的表达式是: |
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| 通过保持转子的振幅通量(ψR)在一个固定的值,我们有一个线性转矩和转矩之间的关系组件(平方I)。我们可以控制转矩通过控制定子电流的转矩分量的向量。转子磁通的知识立场是船的核心。如果有一个错误在这个变量,转子磁通不符合d-axis isd和isq错误的通量和定子电流的转矩分量。相量图(图1)显示(a, b, c),(α,β)和(d, q)参考系和转子磁通的正确位置,旋转的定子电流和定子电压空间矢量与(d, q)参考速度同步。 |
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| 永磁同步电动机的转子速度等于转子磁通的速度。然后„θA¢A(转子磁通的位置)是由编码器直接测量的。因此磁场定向控制的永磁同步电动机驱动器允许电动机转矩控制与通量像直流电机独立操作。即。,the torque and flux are decoupled from each other. The rotor position is required for variable transformation from stationary reference frame to synchronously rotating reference frame. As a result of this transformation (so called Park transformation), q-axis current will be controlling torque while d-axis current is forced to zero. Therefore, the key module of this system is the information of rotor position from QEP encoder. The overall block diagram of this project is depicted in Fig. 2. |
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系统实现 |
| 自从FOC算法需要即时反馈的转子位置,控制算法采用高计算DSP处理器。使用三相PWM逆变器实现司机的名片。系统使用„CA¢实时控制框架来控制传感器永磁同步电动机的磁场定向控制。„CA¢框架被设计为运行在DSP控制器基于代码作曲家工作室v.5.2实时调试。 |
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| 永磁同步电动机电机从三角洲精密电机(DPM)用于硬件实现的目的。使用的永磁同步电动机是一个8杆,3相电机的额定电压24 v。下面的表给我提供的规格(DPM)——模型没有:42 bl61。 |
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结果和讨论 |
| 图4表示虽然项目PM_Sensored屏幕截图。c是在调试模式下。各种windows像表达式窗口、调试窗口,观察窗口,图形窗口中,可以看到控制台窗口等。 |
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| 图5 ~图7代表各种DAC输出驱动板上。这些PWM dac产生PWM信号的低通滤波观察示波器的系统变量,使容易调试的控制算法。数字荧光示波器的波形是收购(数。 |
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| 如该块diagram-Fig所示。2,两个电动机电流测量阶段,美联储克拉克转换模块将从三相坐标系到两个轴正交坐标系称为(α,β)。这一转换的输出是isαisβ,两个co-ordinte时变系统。图6:DAC2——描述了克拉克变换块的正常运作。 |
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| 电流的两个组件从克拉克转换模块,模块输入公园和公园的输出模块给出了当前在isd和isq,两个co-ordinte时不变系统。图7:DAC3——描述了公园变换块的正常运作。 |
| 图8 -图9代表3.3 v的PWM输出的控制卡和驱动板上24 v级大小。 |
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结论 |
| 硬件实现FOC提出和使用数字信号处理器实现与实时调试代码作曲家工作室v.5.2 24 V永磁同步电动机。预期的结果在一个广泛的速度高达4000 rpm。FOC算法保持在一个广泛的速度和效率考虑转矩变化与瞬态阶段处理电机的动态模型。 |
| 速度响应的性能严重依赖; |
| •提供精确rotor-position-angle QEP编码器和高性能DSP处理器 |
| •正确的调优的PI控制器 |
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引用 |
- e·普拉萨德,苏雷什,K。Raghuveer(2012)“磁场定向控制的永磁同步电动机采用SVPWM技术”,全球先进的工程技术》杂志Vol1 issue2 - 2012, pp 39-45。
- f . Heydari a . Sheikholeslami k . g . Firouzjah s Lesan(2009)“预测磁场定向控制的永磁同步电动机空间矢量调制”,高等教育出版社,出版社2009年。
- Atmel AVR1636:“可配置的永磁同步电动机无传感器磁场定向控制使用XMEGA”——应用注释,42061 a-avr-01/2013。
- 易黄来计算,“模型和系统仿真基于SVPWM控制的无刷直流电动机”。在第二个电子与机械工程和信息技术国际会议(emeit - 2012), 1765 - 1768页,2012年9月。
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