基于TMS320F2812的永磁同步电动机控制系统的设计

高昕， 聂飞

（安徽理工大学 电气与信息工程信学院 ，安徽 淮南 232001）

摘要：由于TMS320F2812具有丰富的外设资源和能快速进行大量的实时计算，采用该芯片实现永磁同步电动机控制系统，能够提高系统的精确度和快速性。

关键词：TMS320F2812 ；永磁同步电机； 精确度 ； 快速性

0引言

现代设备对驱动系统的性能提出了更高的要求，如快速启动和停车、高精度速度调节、低噪声和节能等，永磁同步电机由于其优越的性能得到了广泛的应用。高性能永磁系统需要匹配适合的控制方法，通常需要较大的实时计算量和较多硬件外设支撑，DSP芯片特别是TMS320F2812可以很好地满足这一要求。

1永磁同步电机的数学模型

电动机本身是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统为了实现解耦控制通过坐标变换后d、q坐标轴下PMSM的磁链方程如下：、其中，、分别为采用幅值不变原则变换后的电机交、直轴磁链幅值；分别为电动机交、直轴电流幅值。同理可以得到电压方程如下：、其中，是电机交、直轴电压幅值；是电机旋转的电角频率。有PMSM的数学模型可以得到电磁转矩方程：  （1）

分析公式（1）可以得出，PMSM的电磁转矩由两部分组成，一是由转子永磁磁场与定子绕组电流作用产生永磁转矩，二是由电感变化引起磁阻转矩。

2永磁同步电机的矢量控制原理

矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制，从式（1）可看出，当转子的磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩由定子电流的和决定，而和决定，而和是将定子电流分解成励磁电流和转矩电流的两个相互垂直的分量，两个分量相互独立,对分量进行定子电流分解成励磁电流和转矩电流两个相互垂直的分量，两分量相互独立，对分量分别进行调节可以实现转矩控制。永磁同步电机的用途不同电动机的矢量控制方法也不同可采用的控制方法主要有：的控制、cos=1控制、恒磁链控制、最大转矩/电流控制、弱磁控制不同的电流控制方法有不同的特点，其中=0的控制最简单，在此只介绍此种方法，令=0，由公式则可得永磁同步电机的转矩方程为：  (2)，此时电动机定子电流只有q轴分量，可以是正弦波永磁同步电动机具有和直流电动机一样的特性。

3控制系统结构

3.1控制系统硬件设计。根据磁场定向控制系统的需要，并充分考虑利用DSP芯片自身的硬件资源，尽量较少的使用外围芯片实现控制系统的硬件设计，给出了如图1所示的永磁同步电动机系统硬件结构图。主要有三部分组成：主回路、基于2812的DSP控制器及外围检测电路，DSP控制器是系统的关键，矢量控制的算法及PWM控制信号的输出都在这部分完成。外围电路检测包含用旋转编码器、霍尔传感器和电流电压传感器检测的信号，信号经过滤波调整调整处理后反馈给DSP进行运算。DSP经过对参考信号和反馈信号的处理运算来控制电动机系统的电流环、速度环的控制，最后输出PWM信号经隔离驱动逆变模块实现电动机的控制。

图1永磁同步电机的DSP控制系统软硬件结构图

从图1可以看出系统的控制为双闭环控制方式，速度控制是外环，电流控制是内环。当输入速度信号时，速度换对输入速度信号进行PI调节，输出Q轴参考电流，D轴的给定电流始终保持为0，然后分别对两电流作PI调节，得到两相旋转的电流信号。接着通过旋转变换（逆PARK变换），变成两相静止的电流信号，静止的电流信号通过SVPWM模块产生六路PWM控制功率逆变器驱动电机。安装在U相和V相的电流传感器负责检测U相和V相的电流和，通过3/2变换得到静止的两相电流，再通过旋转变换（PARK变换）把静止的两相电流转换成旋转的两相反馈电流，分别送到电流环里运算。安装在电动机尾部的光电码盘，负责测量速度作为速度环的反馈速度和提供旋转变换（PARK变换）和逆变换（PARK逆变换）所需要的电角度。

3.2控制系统软件设计。PMSM的磁场定向控制算法对电动机的转矩和磁通解耦，进行独立控制。在实现磁场定向算法时，定子参考坐标系变换到转子坐标系需要使用电动机转子位置信号,经过Park变换后，当d轴电流等于零时，可以控制q轴的电流。图2和图3主程序和矢量控制算法的流程图。

4结束语

本文利用DSP根据定向磁场算法调节PWM的占空比实现了永磁同步电动机的转速闭环控制，完成了系统硬件设计和软件设计通过调试已使系统能按规定要求运行，且响应速度较快，控制精度较高，可在工农业生产中实现设备的自动控制。

参考文献

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[3]綦 慧,戴鹏飞．基于DSP的运动控制实验装置的设计与应用［J］．实验技术与管理，2010，27( 3) :55-56．

作者简介：高昕（1965- ）女，安徽淮南人 毕业于中国矿业大学，博士，从事变频调速及电力电子研究。