C28x 数字电机控制
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
15 - 16
数字电机控制库(DMC-Lib)
DMC-Lib 包括： PID 控制调整器, Clarke 变换器, Park 变换器, 斜波发生器, 正弦波发生器, 空间向量发生器, 冲击波发生器, 等等…
15 - 17
实验: FOC for PMSM
iqs*
vqs*
vas*
Ta
PI
rmp_out key modules under test
TMS320F28x controller
15 - 24
含实时模块的Code Composer Studio
1. 加载工作空间文件 ‘pmsm3_1.wks’ 2. In build.h, #define BUILDLEVEL LEVEL1 3. Rebuild all 4. 加载程序到目标器件(..\pmsm3_1.out)
15 - 12
CLARKE – 变换
变换通常被分为一个CLARKE变换和一个转置(rotation) CLARKE 将平衡三相量转换为平衡直角量
v2 vq
v3
vb vd
S St
v1= va
CLARKE
va v1
vb
2.v2 + v1 3
+ 转置
vd vq
cos(
S
)
sin(S )
sin(S
同步电机
A`
Rotor field
转子始终带有由永磁铁或电磁铁
f
C
N
N
B
产生的磁场 旋转定子通量和转子通量的交感
作用产生使电机转动的扭矩.
S
S
B` A
C`
Stator field
转子的转动和激励的频率相同，这就是同步 操作.
Rotor speed (rad/s): gives 60. f (r.pm)
)
cos(S )
va vb
PARK 变换
15 - 13
PARK 变换小结
v1
va
Vd
v2
Clarke
vb Park
v3
Vq
Three phase rotating domain
Two phase rotating domain
定子相电流示例: Is is moving at θS and its PARK coordinates are constant in q (d,q) rotating frame.
• Applied Motion 40mm Alpha Motor • Type: A0100-104-3-100 • 24V 直流电源供电 ( DC bus voltage ) • load , e.g. DC Motor as Generator • PC 并口于 JTAG相连 • 5V DC ( eZdsp ) • RS232 ( optional ) • 晶振
vvSsdq
vs1
P( S
)
1
vS
2
vS3
vso
vSo
vS3
15 - 11
Park 变换关键成分
vs3
vsd
vsq
S St
vS1
+
vS 2
+
vS 3
0
(tri- phases balanced system)
vso 0
vs1
vSd .vSq 0
vvSSqd
.vSo .vSo
0,50
0,00
t
1 24 47 70 93 116 139 162 185 208 231 254 277 300 323 346
-0,50
-1,00
-1,50
15 - 6
6个PWM 控制电源开关
3 – 相 电压转换器
DC – 电压
+
上下两个器件不能 同时打开 (死区)
3 – 相输出到电机
端
电源开关器件
Voltage Source Inverter
Encoder
r
SPEED FRQ
QEP_A
e
QEP THETA
QEP_B
PMSM
dir
DRV
QEP_inc
TMS320F28x controller
15 - 18
TI 库 解决方案 “PMSM 3-1” (sprc129)
硬件要求:
• Spectrum Digital eZdsp TMS320F2812处理器 • Spectrum Digital DMC550 驱动平台 • 3-相 PMSM ，QEP 编码起
15 - 19
TI Library Solution “PMSM 3-1” (sprc129)
PMSM 3-1
24V DMC 550
Load
eZdsp
RS232
(optional)
5V DC
PC- parallel port
15 - 20
PMSM 3-1 Laboratory
Student Workbench
FOC 控制方案
+
PID
IQ +
ID +
Field Weakening Controller
r
VQ
PID
VD
PID
IQ
ID
Inverse Park Vq
D,Q
Vd d,q
Space Vector PWM
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
qr
Iq D,Q
d,q Id
ia
d,q
15 - 7
* +
梯状控制方案 ( “ V/f ” )
PI
V
PWM1 PWM2
V/f profile f
PWM Command
PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
3Phase Inverter
Speed scaling
Speed calculator
+ 执行简单: 只需三个正弦波输入给电机 + 位置信息可以不需要 (可选).
15 - 21
Build Level 1
Vq_testing Vd_testing
vas*
Ta
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
speed_ref Ramp control
Ramp Gen.
同步电机: BLDC 和 PMSM
A CF N `
B
都(典型)有永磁转子和绕线定子 BLDC (无刷直流) 电机是一个具有梯形返回电动势
(EMF)的永磁无刷电机 PMSM (永磁同步电机) 是一个具有正弦返回电动势
(EMF)的永磁无刷电机
B
SF
C `
`
A
Back EMF of BLDC Motor
p
p
f : AC supply frequency(Hz)
p : motor poles pair per phase
例如: a 2 poles pair synchronous motor will run at 1500 r.pm for a 50Hz AC supply frequency
15 - 5
0 0
vs2
(vsd, vsq, vso) 称为 Park 协调参数coordinates vsd: direct Park component vsq: squaring Park component vso: homo-polar Park component Vso 对于三相平衡系统无效 每对成分都是正交的。
结果: Build Level 1
rmp_out Ta
15 - 29
Build Level 2 – Current verification
Vq_testing Vd_testing
vas*
Ta
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
e
当激励为相位相差120° 的正 弦波时，将产生三个律动磁场 .
三个磁场合成的结果为旋转磁 场.
相电流
1,50
ia
ib
ic
1,00
0,50
0,Baidu Nhomakorabea0
t
1 24 47 70 93 116 139 162 185 208 231 254 277 300 323 346
-0,50
-1,00
-1,50
15 - 4
Three phase stator windings produce three magnetic fields, which are spaced 120°in time
15 - 3
3 – 相 – 电机
三个固定的律动磁场
ia A`
Fc
C
B
Fa
B`
Fb
C `
A
三个电子线圈产生三个磁场， 空间120°分布.
单元 15 : C28x 数字电机控制
32-Bit-Digital Signal Controller TMS320F2812
15 - 1
电子电动机家族
电机分类: 直流电机 (DC) 交流电机 (AC)
异步感应电机 (ACI) 永磁同步电机 (PMSM) 同步无刷直流电机 (BLDC)
15 - 2
15 - 15
数字电机控制库 (DMC-Lib)
DMC-库是一个电机控制系统常用算法 和函数模块的集合
对于每一个算法和函数包含:
基本理论背景信息 输入输出参数的数据类型，数字的范围和
精度 函数原型和调用规则
代码大小 (程序和数据存储器)
以代码示例为基础的工程建立级别 Build Level based code examples
ib
ic† a,b,c
3Phase Inverter
Park T
Clarke T
Speed Calculator
需要一些关键的数学计算成分!
qr
†: ia + ib + ic = 0
15 - 10
PARK 变换 (1929):
(Vs): 应用于电机定子的电压向 量 (索引 s)
vs1
(VS
)
vs
可以在任何平衡变量中应用 (flux…)
Stationary domain
is 2 IS β
d
ISd
ISq
S S t iso 0
α is1
is3 15 - 14
Texas Instruments 电机控制解决方案
“C2000 – 数字电机控制库 (DMC)” :
单相 ACI 电机连续V/Hz控制 3-相 ACI 电机连续 V/Hz 控制 3-相 ACI 电机现场导向控制 3-相带传感器的现场导向控制 (PMSM) 3-相无传感器的现场导向控制 (PMSM) 3-相带传感器的梯形控制(BLDC) 3-相无传感器的梯形控制(BLDC)
3-相-电机 (PMSM)
c ic
N
ia ib
I s .e jt
jt 2
I S .e
3
ic
jt 4
I S .e
3
S ib
b
ia
a
ea eb
E.e jpt
jpt 2
E.e
3
ec
jpt 4
E.e
3
对于大多数的三相电机来说，线圈是固定的，磁场是旋转的。 三相电机都有三个定子线圈，相隔120° 三个电子线圈产生三个磁场，空间120° 分布
ids*
PI PI
vds*
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
lr
ids
ias
ias Ileg2_
iqs
Park ibs Clarke ibs Bus
Driver
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
ADCIN1 ADCIN2 ADCIN3
– 动态表现不佳. – 不是所有速度下的扭矩都被优化
15 - 8
现场导向控制 (FOC)
现场导向控制 (FOC) or 向量控制三相感 应电机的扭矩产生和定子通量磁化部分 被分别控制的控制策略,.
这个方法包含对直流电机操作的模仿 FOC 需要系统信息: 电流, 电压, 通量和
速度.
15 - 9
300 900 1500 2100 2700 3300 300 900
00
600 1200 1800 2400 3000 3600 600
Ea
Phase A
ia
e
Hall A
Phase B ib
e
Hall B
Phase C ic
e
Hall C
Back EMF of PMSM
1,50
ea
eb
ec
1,00
7. 在观察窗口右击,检查 “Continuous Refresh”.
8. 设置 “enable_flg” 为 1. (使能T1上溢中断(T1UF) 和 DMC550 PWM驱动)
15 - 27
Code Composer Studio Level 1
在改变!! build 1观察窗口
15 - 28
15 - 25
Code Composer Studio with Real Time Mode
5. 在调试菜单中, “Reset CPU” 然后设置 “Real-time Mode”. 在弹出窗口中单击“yes”
6. 单击 “Run” 按钮
15 - 26
Code Composer Studio with Real Time Mode
2
vS3
Park 是一个参考变化
vs3
vsd
vsq
S St
vso 0
vs1
vs2
vs1
vs
2
c
os
S
c
os
(
S
2
3
)
vs3
c
os
(
S
4
3
)
sinS
s in( S
2
3
)
s in( S
4
3
)
1
1
vvSsdq
vSo
1
vs1
vS
2
P(
S
)
.vvssqd
and
数字电机控制库(DMC-Lib)
DMC-Lib 包括： PID 控制调整器, Clarke 变换器, Park 变换器, 斜波发生器, 正弦波发生器, 空间向量发生器, 冲击波发生器, 等等…
15 - 17
实验: FOC for PMSM
iqs*
vqs*
vas*
Ta
PI
rmp_out key modules under test
TMS320F28x controller
15 - 24
含实时模块的Code Composer Studio
1. 加载工作空间文件 ‘pmsm3_1.wks’ 2. In build.h, #define BUILDLEVEL LEVEL1 3. Rebuild all 4. 加载程序到目标器件(..\pmsm3_1.out)
15 - 12
CLARKE – 变换
变换通常被分为一个CLARKE变换和一个转置(rotation) CLARKE 将平衡三相量转换为平衡直角量
v2 vq
v3
vb vd
S St
v1= va
CLARKE
va v1
vb
2.v2 + v1 3
+ 转置
vd vq
cos(
S
)
sin(S )
sin(S
同步电机
A`
Rotor field
转子始终带有由永磁铁或电磁铁
f
C
N
N
B
产生的磁场 旋转定子通量和转子通量的交感
作用产生使电机转动的扭矩.
S
S
B` A
C`
Stator field
转子的转动和激励的频率相同，这就是同步 操作.
Rotor speed (rad/s): gives 60. f (r.pm)
)
cos(S )
va vb
PARK 变换
15 - 13
PARK 变换小结
v1
va
Vd
v2
Clarke
vb Park
v3
Vq
Three phase rotating domain
Two phase rotating domain
定子相电流示例: Is is moving at θS and its PARK coordinates are constant in q (d,q) rotating frame.
• Applied Motion 40mm Alpha Motor • Type: A0100-104-3-100 • 24V 直流电源供电 ( DC bus voltage ) • load , e.g. DC Motor as Generator • PC 并口于 JTAG相连 • 5V DC ( eZdsp ) • RS232 ( optional ) • 晶振
vvSsdq
vs1
P( S
)
1
vS
2
vS3
vso
vSo
vS3
15 - 11
Park 变换关键成分
vs3
vsd
vsq
S St
vS1
+
vS 2
+
vS 3
0
(tri- phases balanced system)
vso 0
vs1
vSd .vSq 0
vvSSqd
.vSo .vSo
0,50
0,00
t
1 24 47 70 93 116 139 162 185 208 231 254 277 300 323 346
-0,50
-1,00
-1,50
15 - 6
6个PWM 控制电源开关
3 – 相 电压转换器
DC – 电压
+
上下两个器件不能 同时打开 (死区)
3 – 相输出到电机
端
电源开关器件
Voltage Source Inverter
Encoder
r
SPEED FRQ
QEP_A
e
QEP THETA
QEP_B
PMSM
dir
DRV
QEP_inc
TMS320F28x controller
15 - 18
TI 库 解决方案 “PMSM 3-1” (sprc129)
硬件要求:
• Spectrum Digital eZdsp TMS320F2812处理器 • Spectrum Digital DMC550 驱动平台 • 3-相 PMSM ，QEP 编码起
15 - 19
TI Library Solution “PMSM 3-1” (sprc129)
PMSM 3-1
24V DMC 550
Load
eZdsp
RS232
(optional)
5V DC
PC- parallel port
15 - 20
PMSM 3-1 Laboratory
Student Workbench
FOC 控制方案
+
PID
IQ +
ID +
Field Weakening Controller
r
VQ
PID
VD
PID
IQ
ID
Inverse Park Vq
D,Q
Vd d,q
Space Vector PWM
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
qr
Iq D,Q
d,q Id
ia
d,q
15 - 7
* +
梯状控制方案 ( “ V/f ” )
PI
V
PWM1 PWM2
V/f profile f
PWM Command
PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
3Phase Inverter
Speed scaling
Speed calculator
+ 执行简单: 只需三个正弦波输入给电机 + 位置信息可以不需要 (可选).
15 - 21
Build Level 1
Vq_testing Vd_testing
vas*
Ta
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
speed_ref Ramp control
Ramp Gen.
同步电机: BLDC 和 PMSM
A CF N `
B
都(典型)有永磁转子和绕线定子 BLDC (无刷直流) 电机是一个具有梯形返回电动势
(EMF)的永磁无刷电机 PMSM (永磁同步电机) 是一个具有正弦返回电动势
(EMF)的永磁无刷电机
B
SF
C `
`
A
Back EMF of BLDC Motor
p
p
f : AC supply frequency(Hz)
p : motor poles pair per phase
例如: a 2 poles pair synchronous motor will run at 1500 r.pm for a 50Hz AC supply frequency
15 - 5
0 0
vs2
(vsd, vsq, vso) 称为 Park 协调参数coordinates vsd: direct Park component vsq: squaring Park component vso: homo-polar Park component Vso 对于三相平衡系统无效 每对成分都是正交的。
结果: Build Level 1
rmp_out Ta
15 - 29
Build Level 2 – Current verification
Vq_testing Vd_testing
vas*
Ta
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
e
当激励为相位相差120° 的正 弦波时，将产生三个律动磁场 .
三个磁场合成的结果为旋转磁 场.
相电流
1,50
ia
ib
ic
1,00
0,50
0,Baidu Nhomakorabea0
t
1 24 47 70 93 116 139 162 185 208 231 254 277 300 323 346
-0,50
-1,00
-1,50
15 - 4
Three phase stator windings produce three magnetic fields, which are spaced 120°in time
15 - 3
3 – 相 – 电机
三个固定的律动磁场
ia A`
Fc
C
B
Fa
B`
Fb
C `
A
三个电子线圈产生三个磁场， 空间120°分布.
单元 15 : C28x 数字电机控制
32-Bit-Digital Signal Controller TMS320F2812
15 - 1
电子电动机家族
电机分类: 直流电机 (DC) 交流电机 (AC)
异步感应电机 (ACI) 永磁同步电机 (PMSM) 同步无刷直流电机 (BLDC)
15 - 2
15 - 15
数字电机控制库 (DMC-Lib)
DMC-库是一个电机控制系统常用算法 和函数模块的集合
对于每一个算法和函数包含:
基本理论背景信息 输入输出参数的数据类型，数字的范围和
精度 函数原型和调用规则
代码大小 (程序和数据存储器)
以代码示例为基础的工程建立级别 Build Level based code examples
ib
ic† a,b,c
3Phase Inverter
Park T
Clarke T
Speed Calculator
需要一些关键的数学计算成分!
qr
†: ia + ib + ic = 0
15 - 10
PARK 变换 (1929):
(Vs): 应用于电机定子的电压向 量 (索引 s)
vs1
(VS
)
vs
可以在任何平衡变量中应用 (flux…)
Stationary domain
is 2 IS β
d
ISd
ISq
S S t iso 0
α is1
is3 15 - 14
Texas Instruments 电机控制解决方案
“C2000 – 数字电机控制库 (DMC)” :
单相 ACI 电机连续V/Hz控制 3-相 ACI 电机连续 V/Hz 控制 3-相 ACI 电机现场导向控制 3-相带传感器的现场导向控制 (PMSM) 3-相无传感器的现场导向控制 (PMSM) 3-相带传感器的梯形控制(BLDC) 3-相无传感器的梯形控制(BLDC)
3-相-电机 (PMSM)
c ic
N
ia ib
I s .e jt
jt 2
I S .e
3
ic
jt 4
I S .e
3
S ib
b
ia
a
ea eb
E.e jpt
jpt 2
E.e
3
ec
jpt 4
E.e
3
对于大多数的三相电机来说，线圈是固定的，磁场是旋转的。 三相电机都有三个定子线圈，相隔120° 三个电子线圈产生三个磁场，空间120° 分布
ids*
PI PI
vds*
Inv. Park
Space
vbs*
Vector Gen.
Tb Tc
PWM Driver
lr
ids
ias
ias Ileg2_
iqs
Park ibs Clarke ibs Bus
Driver
PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
ADCIN1 ADCIN2 ADCIN3
– 动态表现不佳. – 不是所有速度下的扭矩都被优化
15 - 8
现场导向控制 (FOC)
现场导向控制 (FOC) or 向量控制三相感 应电机的扭矩产生和定子通量磁化部分 被分别控制的控制策略,.
这个方法包含对直流电机操作的模仿 FOC 需要系统信息: 电流, 电压, 通量和
速度.
15 - 9
300 900 1500 2100 2700 3300 300 900
00
600 1200 1800 2400 3000 3600 600
Ea
Phase A
ia
e
Hall A
Phase B ib
e
Hall B
Phase C ic
e
Hall C
Back EMF of PMSM
1,50
ea
eb
ec
1,00
7. 在观察窗口右击,检查 “Continuous Refresh”.
8. 设置 “enable_flg” 为 1. (使能T1上溢中断(T1UF) 和 DMC550 PWM驱动)
15 - 27
Code Composer Studio Level 1
在改变!! build 1观察窗口
15 - 28
15 - 25
Code Composer Studio with Real Time Mode
5. 在调试菜单中, “Reset CPU” 然后设置 “Real-time Mode”. 在弹出窗口中单击“yes”
6. 单击 “Run” 按钮
15 - 26
Code Composer Studio with Real Time Mode
2
vS3
Park 是一个参考变化
vs3
vsd
vsq
S St
vso 0
vs1
vs2
vs1
vs
2
c
os
S
c
os
(
S
2
3
)
vs3
c
os
(
S
4
3
)
sinS
s in( S
2
3
)
s in( S
4
3
)
1
1
vvSsdq
vSo
1
vs1
vS
2
P(
S
)
.vvssqd
and