电机仿真模型

图1.5电机内部关系框图
由于负载的变化，电流的瞬间增大或减小，电动机的功率也是瞬间变化的，在程序实现时，因为电压是固定的，知道了功率，也就知道了电流。

可以看出，电动机的功率是跟随转速的，将时间划分为多个4,可以做定性分析。

在盘内,
可认为电动机给定转速3是固定不变的，通过电动机实际转速和给定转速之间的转速差来决定电动机的功率P,从而决定电流大小。

跟随过程如图 1.6所示＜
图1.6转速跟随过程
转速每隔4改变一次，这个时间可以任意设定。

虫设定的过小，曲线变化细腻，但电流不断变化，计算量很大，浪费大量CPU时间；4设定的过大，会出现电流的大起大落，引起控制系统的不稳定。

根据转差率控制思想，转差越大，要求输出的转矩越大，从本质上说，要
求电动机电流越大。

根据转差率控制公式
T em = K Aw
其中：T em为电磁转矩，K为转矩转差系数, 符合
公式：
T em= P/N = V UI/3 (1.6)
在转速跟随过程中，加速度是由电磁转矩克服负载产生的。

电动机的运动方程为
2
T em _T L = (mr + J M) a (1.7)
其中：TL为负载转矩，mr2为负载折算到转轴的转动惯量，a为转轴加速度。

将式1.3带入到1.4中，得到转速差和电流关系
K Aw *31/3
通过不停的计算转速差，来获得所需的功率
(1.5)
Aw= 3 - 3*。

电磁转矩和功率之间
(1.8)
电朗机
怖i*反筒
电压U
图1.7 PWM控制信号
因为电动机转动过程中，电流和电压之间的相位是不断变化的，所以相位的调整很有必要。

如果只是在开始阶段调整一次，随着时间的堆积，误差会积累，最终导致电流相位发生偏移，导致电流信号错误，导致控制板认为电动机发生故障。

相位的调整以电压相位为基准，对于异步电机，在功率因数和转差的基础上进行调整，对于同步电机，要根据转矩角来调整，也可认为电流电压同相位，不影响调试效果。

在电流电压同相位的基础上，进行相位的实时调整。

调整示意图如图1.9所示。

上升沿检测
图1.9相位调整过程
因为PWM信号时对称的波形，一个周期调整两次，在上升沿调整为0,在下降
沿调整为n这样的调整方法简单有效，当PWM信号频率发生变化时，电流信号能够准确迅速的跟踪，能很好的满足要求。

电流调整
反馈到控制板的电流信号应该为+3V到-3V双极性正弦波信号，而DSP是通过PWM 作为载波，正弦波作为调制波，经过低通滤波器后产生正弦波信号，正弦波信号的幅值为0-3V，单极性。

信号产生产生原理为三角波自采样法，过程如图1.10所示。

软件实现自然采样法后，产生带有正弦波信号的PWM波，经过低通滤波器后获取正弦波。

为了满足反馈信号要求，必须将信号进行调理，在转接板上增加运放, 将信号调整为-3V-+3V。

电流信号调整电路如图1.11所示。

10k
图1.11电流信号调整电路
实验结果表明，这种方法简单可行，能够满足控制板最电流信号的要求，系统运行稳定，调整后的波形如图1.12中正弦所示。

...... .. ; M A ( h | /
图1.12电流调整后波形
编码器信号发生
编码器模块是将电机模块转轴速度作为编码器信号发生的信号。

编码器发出的 是相互正交的双极性方波A 和双极性方波B 。

为了使编码器信号严格与电动机 转速信号同步，编码器的信号发生时间计算在中断中实现。

编码器发出脉冲的最 高频率为7KHz ，而中断频率为100KHZ ，完全能够满足编码器计算的要求。

在 编码器模块中，不断计算编码器发生频率，从而获得每个脉冲周期时间 T 。

为了 发出正交信号，必须将脉冲周期分段：25%，50%, 75%。

禾I 」用定时器功能，在 每次中断时，将时间累加一次。

在开始时（时间累计为0），将A 相拉高，B 相拉 高，时间到达周期的25%时，将B 相信号拉低，时间到达周期50%时，将A 相 信号拉低，时间到达周期75%时，将B 相拉高，时间到达周期100%时，将A 相 拉高。

这样每个周期不断重复，只是周期时间的改变而已，比例关系不变。

编码 信号发生过程如图1.13所示。

li TIT
JTT
忙不
-:-
彷嘴电吐
E i。