基于DSP的永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：目前，在數(shù)控機床、自動化生產(chǎn)線、工業(yè)機器人等小功率應(yīng)用場合，以永磁同步電機(PMSM)為控制對象的全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)正逐步取代直流伺服系統(tǒng)。介紹了PMSM的數(shù)學(xué)模型和磁場定向控制原理，并以TMS320F2808型DSP為核心，結(jié)合伺服控制特點，設(shè)計了一套功能完善、實時性好的PMSM交流伺服系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明電流環(huán)響應(yīng)迅速、速度和位置閉環(huán)控制無穩(wěn)態(tài)誤差，證明所設(shè)計的硬件系統(tǒng)工作可靠，控制速度快。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動機；數(shù)字信號處理器；伺服控制

1 引言
隨著高效率的逆變器、數(shù)字信號控制器、高性能伺服電機和控制理論的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)成為必然的趨勢。
PMSM轉(zhuǎn)子無勵磁繞組，電機運行效率高，采用高效的稀土永磁材料勵磁可以有效地減少電機體積重量，實現(xiàn)高力矩輸出，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量明顯降低。因而PMSM廣泛應(yīng)用于高性能的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中。
此處設(shè)計了一種以TMS320F2808型DSP為核心的全數(shù)字PMSM伺服控制硬件平臺，在此平臺上采用矢量控制算法控制PMSM，實現(xiàn)了位置、速度和電流三閉環(huán)控制。

2 位置伺服控制策略簡介
沿用理想電機模型的一系列假設(shè)，經(jīng)過一系列推導(dǎo)可得PMSM在轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。

如果不考慮磁路的凸極效應(yīng)，那么Ld=Lq。由式(2)可知，當(dāng)is與d軸的夾角為90°時，可獲得最大轉(zhuǎn)矩。此時，Te=3npψfsisq／2，由此可得，只要保持is與d軸垂直，可像控制直流電機那樣，通過控制isq來控制轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)PMSM轉(zhuǎn)矩的線性化控制。圖1示出基于轉(zhuǎn)子磁場定向的PMSM伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。