专利名称：基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制装置，特别是一种基于电流滞环的电永磁同步机调速控制装置。
背景技术：
由于控制简单，长期以来在要求较高的场合，直流电机一直占主导地位。但是它存在一些固有的缺点，例如电刷、换向器易损耗，需要经常维护，换向器会产生火花，限制了电机的最高转速和过载能力，且无法直接应用在易燃易爆的工作场合。而交流电机特别是感应电机则没有上述缺点和限制，转子惯量较小，动态响应更好。一般而言，同样体积的交流电机的输出功率比直流电机高。此外，交流电机容量可以制造得更大，达到更高的转速和电压。因此，由于生产发展的需要和节省电能的要求，促使世界各国重视交流调速技术的研究与开发。尤其是20世纪70年代以后，由于科学技术的迅速发展为交流电机的发展提供了强有力的技术条件和物质基础。交流电机虽然结构较简单，其控制却比较复杂。交流异步电机价格便宜，运行可靠，但不能经济地在较宽的范围内实现平滑调速，且需要吸收滞后的励磁电流，功率因数和效率都较低。由于永磁同步电机(permanentMagnet Synchronous Maehines, PMSM)具有体积小、重量轻，功率密度高、效率和功率因数高(功率因数等于I或者接近I等明显的特点，在70年代末和80年代初引起了从事电机及其驱动系统技术研究的学者和研究人员的广泛关之主，此后永磁同步电机得到迅速发展。目前，永磁同步电机已经在各个领域得到了广泛应用。美国GE等公司批量制造出用于计算机外存储器的音圈电机及永磁汽车起动电机；德国西门子公司经过十多年的努力，采用多种结构，研制成功用于化纤工业的高速永磁电机和用于交流调速的IUA3系列永磁同步电机。另外，混凝土搅拌机、轮船推进机、冰箱空调中的制冷机、计算机硬盘驱动器电机、豪华轿车用起动电机、机器人控制等越来越多地采用永磁同步电机。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种实现永磁同步电机调速的电流滞环控制装置，该控制装置能够根据给定的速度指令对永磁同步电机进行调速控制。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案:一种基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，其特征在于:包括数字信号处理器、仿真器和功率驱动模块；其中:所述的数字信号处理器上有仿真接口、模数转换器、产生PWM波的事件管理器和脉冲捕捉模块；功率驱动模块上有逆变器驱动模块、电源整流模块、定子电流检测模块和永磁同步电机，其中，电源整流模块用于将外部输入的交流220V电压整流转换成适合于逆变器驱动模块的直流电压；逆变器驱动模块分别与永磁同步电机(PMSM)和定子电流检测模块相连接；数字信号处理器通过仿真接口连接仿真器，数字信号处理器和功率驱动模块的连接方式为:数字信号处理器通过产生PWM的事件管理器(EVA)与功率驱动模块上的逆变器驱动模块相连接；数字信号处理器通过模数转换器与功率驱动模块上的定子电流检测模块相连接;数字信号处理器通过脉冲捕捉模块的输入端与永磁同步电机相连接。本实用新型的其他特点是，所述的数字信号处理器采用TMS320F2407型DSP。本实用新型的基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，控制器采用电流滞环，性能优异，结构简单易实现，能使永磁同步电机快速、准确响应转速指令。
图1是本实用新型的结构框图；图2是电流滞环控制原理图；图3是本实用新型软件算法流程以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实用新型给出一种基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，包括数字信号处理器(DSP)、仿真器和功率驱动模块；其中:所述的数字信号处理器(DSP)上有仿真接口、模数转换器(ADC)、产生PWM波的事件管理器(EVA)和脉冲捕捉模块；功率驱动模块上有逆变器驱动模块、电源整流模块、定子电流检测模块和永磁同步电机(PMSM)，其中，电源整流模块用于将外部输入的交流220V电压整流转换成适合于逆变器驱动模块的直流电压；逆变器驱动模块分别与永磁同步电机(PMSM)和定子电流检测模块相连接；数字信号处理器(DSP)通过仿真接口连接仿真器，数字信号处理器和功率驱动模块的连接方式为:数字信号处理器(DSP)通过产生PWM波的事件管理器(EVA)与功率驱动模块上的逆变器驱动模块相连接；数字信号处理器(DSP)通过模数转换器与功率驱动模块上的定子电流检测模块相连接；数字信号处理器通过脉冲捕捉输入模块的输入端与永磁同步电机相连接。本实施例中，数字信号处理器(DSP)选择TMS320F2407型DSP。在TMS320F2407型DSP上采用CCS3.3作为程序软件编译器，对永磁同步电机(PMSM)进行调试，DSP根据跟定子电流检测模块测得的转速，发出控制指令，通过产生PWM波的事件管理器来控制逆变器驱动模块的开通与关断来控制永磁同步电机(PMSM)运行。TMS320F2407型DSP是控制核心，它负责接收定子电流检测模块发出的转速传感器、电流传感器等信息，并对这些信息进行处理，指令产生PWM波的事件管理器产生合适的控制量(PWM信号)来对逆变器驱动进行控制。转速的获取由定子电流检测模块上的光电编码器和TMS320F2407型DSP上的脉冲捕获模块组成，其功能是获取当前永磁同步电机(PNSM)的转速信息，为TMS320F2407型DSP的调速控制提供参考量进一步分析处理；电流的获取由定子电流检测模块上的霍尔传感器和TMS320F2407的模数转换器(ADC)组成，得到永磁同步电机(PMSM)的三相电流对TMS320F2407型DSP的电流滞环控制提供参考量。下面说明该控基于电流滞环的永磁同步电机调速制装置控制过程:电流滞环控制参见图2，电流滞环控制的做法是给定在旋转坐标系下的直流电流Id、Iq (Id相当于直流电动机的励磁电流；Ι,相当于与转矩成正比的电枢电流)，通过坐标变换，转换成三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、I。，转换得到的这三相电流为给定电流，通过对比给定电流和霍尔传感器测得的实际定子三相电流来决定逆变器驱动模块的导通与关断。以A相为例，设滞环宽度为h，当输出电流ia比给定电流ia*大时，且误差大于0.5h时，产生PWM波的事件管理器通过内置的滞环比较器输出负电平，逆变器驱动模块上的桥臂开关器件VT1关断，下桥臂开关器件VT2导通，使实际电流减小；当减小到与给定电流相等时，滞环比较器仍保持负电平输出，实际电流继续减小，直到误差大于0.5h时，滞环控制器翻转，输出正电平信号，上桥臂开关器件VT1导通，下桥臂开关器件VT2关断，使实际电流增大，一直增大到带宽的上限。以上过程重复进行，这样交替工作，实际电流与给定电流的偏差保持在±0.5h之间，并在给定电流上下作锯齿状变化，达到跟踪电流的目的。软件控制部分参见图3，上电开始后，首先要进行初始化，主要包括TMS320F2407型DSP内的各个功能模块的初始化，然后初始化PIE寄存器和PIE向量表，开中断。在定时器中断服务子程序中，光电编码器对永磁同步电机的转速进行采样，得到速度信息，通过PI控制得到给定的电流信号，同时TMS320F2407型DSP对永磁同步电机的电流进行采样，通过滞环比较得到所需的控制信号。TMS320F2407型DSP根据这些信息对永磁同步电机进行调速控制。
权利要求1.一种基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，其特征在于:包括数字信号处理器、仿真器和功率驱动模块；其中: 所述的数字信号处理器上有仿真接口、模数转换器、产生PWM波的事件管理器和脉冲捕捉模块； 所述的功率驱动模块上有逆变器驱动模块、电源整流模块、定子电流检测模块和永磁同步电机，其中，电源整流模块用于将外部输入的交流220V电压整流转换成适合于逆变器驱动模块的直流电压；逆变器驱动模块分别与永磁同步电机和定子电流检测模块相连接； 数字信号处理器通过仿真接口连接仿真器，数字信号处理器和功率驱动模块的连接方式为: 数字信号处理器通过产生PWM的事件管理器与功率驱动模块上的逆变器驱动模块相连接； 数字信号处理器通过模数转换器与功率驱动模块上的定子电流检测模块相连接； 数字信号处理器通过脉冲捕捉模块的端与永磁同步电机相连接。
2.如权利要求1所述的基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，其特征在于，所述的数字信号处理器采用TMS320F2407型DSP。
专利摘要本实用新型公开了一种基于电流滞环的永磁同步电机调速控制装置，包括数字信号处理器、仿真器和功率驱动模块，数字信号处理器上有仿真接口、模数转换器、产生PWM波的事件管理器和脉冲捕捉模块；功率驱动模块上有逆变器驱动模块、电源整流模块、定子电流检测模块和永磁同步电机，该装置性能优异，结构简单易实现，能使永磁同步电机快速、准确响应转速指令。
文档编号H02P6/06GK202997989SQ20122060529
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者徐淑芬, 徐国海, 吴德军 申请人:长安大学