基于DSP的永磁同步电动机的伺服系统的开发原理及过程
基于DSP的永磁交流伺服控制系统研究
第 ４１卷 第 １期
２０ ０ ７年 １ 月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎｉｓ
Ｖｏ ． １４１，Ｎｏ． １
Ｊｎ ａｙ ２ ０ ａ ｕ ｒ ，０ ７
基于 Ｄ Ｐ的永磁交流伺服控制系统研究 Ｓ
徐 艳 平 ， 永 飘 ， 彦 儒 刘 钟
ａ ｄ ｓ ｆ ａ ｅ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｅａｌ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｈ ａ ｉｎ ｉ ｆ ｔｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉｎ ｉ ｈ ｎ ｏｔ ｒ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｄ ｔｉ Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｏ ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｏｔ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｗ ． ｉ ｓ ｏｌ ｙ ｗａ ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ＡＣ ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ｕ ｉｇ Ｔ ３ ０ ２ １ ． ｈ ｏ ｔ ｌ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ｆ ｓ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｏ ｄ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｎ ｅ ｈ ｅ ｍ ｎ ｎ ｅ ｖ ｙ ｔｍ ｓｎ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ａ ａ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ ｄ ｇ ｏ ｅｆ ｍ ｎ ｅ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｏ ｏ ｓｅ ｄ ｎ ｙ ａ ｃ ｓａｅ ． ｔａ ｙ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｔｔ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｔｒ ａｉ ｇ ｃ ｒｅ ｔｓ ｒ ｏ ｓ ｓ ｍ；ｓ ｆ ｗａ ；ｈ ｒ ｒ ；ｄ ｓｇ ／ ｅ ａ ｅ ｔ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｙ ｒ ｓ ａ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｖ ・ｙ ｔ ｌ ｎ ｎ ｅ ｏ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｗａ ｅ ｅ ｉｎ ｐ ｒ ｎ ｎ ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍｏｏ ｍ ｍａ
中 图 分 类 号 ： Ｍ ５ Ｔ ３１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：Ｏ ０ １ ０ （ ０ ７ Ｏ — ０ ＇ ０ １０ — ０ Ｘ ２ ０ ） １０ ４ — ３ ２
基于DSP的永磁同步电机DTC交流伺服系统设计
基于DSP的永磁同步电机DTC交流伺服系统设计徐梦远;马旭东;吴航【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2016(029)003【摘要】In this paper,a direct torque control AC servo system based on DSP is researched and realized by combining flux model and Bang-Bang control method.The system uses TMS320F28335 as the core control circuit,the hardware struc-ture and software function modules of the system are designed and realized in this paper.%结合磁链模型和Bang－Bang控制方法，研究并实现了一种基于DSP的永磁同步电机的直接转矩控制交流伺服系统。
系统采用TMS320F28335作为核心控制电路，设计并实现了该系统的硬件结构和软件功能模块。
通过实验分析了转矩和磁链的控制效果，表明该系统在交流伺服控制中具有可行性。
【总页数】3页(P121-123)【作者】徐梦远;马旭东;吴航【作者单位】东南大学自动化学院，江苏南京 210096;东南大学自动化学院，江苏南京 210096;东南大学自动化学院，江苏南京 210096【正文语种】中文【相关文献】1.基于DSP全数字式交流伺服与交流永磁同步电机在采油井的应用研究 [J], 粟巧兰2.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统主电路的设计 [J], 刘丙友;凌有铸;赵丽;3.基于DSP的电梯永磁同步电机的DTC控制系统 [J], 刘益标;陈钧4.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统 [J], 廖富全5.基于DSP永磁同步电机交流伺服系统的研究 [J], 樊生文;陈志杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于DSP的永磁同步电动机伺服系统的设计
Td＝pmΨris
这与直流电动机原理类似，实现了对力矩的控制参数的解耦，达到矢量控制的目的。
1．2 永磁同步伺服电动机磁场定向矢量控制系统
图 1 是采用 DSP 的三相永磁同步伺服电动机全数字控制的结构图。
1
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基于 DSP 的永磁同步电动机伺服系统的设计
阎勤劳 邢作常
（西北农林科技大学 陕西 杨凌 712100）
[摘 要] 为了提高永磁同步电动机伺服系统的控制精度和控制速度，文章讨论了基于 DSP 的永磁同步伺服系统的软硬件组 成及设计方案，应用转子磁场定向矢量和弱磁控制，采用 TMS320LF2407 数字信号处理器，实现了对永磁同步伺服电机的 矢量控制。仿真结果表明，应用高速 DSP 芯片，采用矢量控制的永磁同步电机伺服系统具有良好的动态响应性能和静态性 能，并具有结构紧凑，设计合理，控制灵活等优点。 [关键词] 同步电动机；伺服系统；DSP [中图分类号]：TM383.4+2; TP273 [文献标识码]：A
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计1基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计随着现代电子技术的发展，控制技术逐渐成为重要的研究领域。
永磁同步电机作为一种高效、稳定的电机，已经得到广泛应用。
而矢量控制技术，则可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
本文，我们将介绍基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
从系统架构、控制算法、硬件设计以及实验测试等方面，详细探究其原理和实现方法。
一、系统架构永磁同步电机矢量控制系统主要由两部分组成：控制器和电机。
其中，控制器采用DSP作为核心，运行矢量控制算法，将电机转速、位置等信息输入进行控制。
电机由永磁同步电机、驱动器和传感器组成。
二、矢量控制算法矢量控制算法主要包括两种：基于空间矢量分解的矢量控制和基于旋转矢量的矢量控制。
其中，基于空间矢量分解的矢量控制是通过将电机的空间矢量分解为定子和转子磁链矢量，控制其大小和相位差来实现永磁同步电机的转矩和转速控制；基于旋转矢量的矢量控制则是通过构建一个旋转矢量，并控制其与电机运动的相对位置来实现对电机的精确控制。
三、硬件设计在硬件设计方面，我们采用了一种小型化的设计方案，将DSP 与其他电路集成在一起，便于控制和维护。
电机驱动器采用了3相全桥逆变器，可实现对电机的相位和大小控制。
传感器为霍尔传感器，并通过反馈控制将电机转速等信息输入到控制器中。
四、实验测试为了验证所设计的永磁同步电机矢量控制系统的有效性，我们进行了实验测试。
通过转速和转矩测试，得到了电机在加速、减速、负载改变等情况下的运行特性。
实验结果表明，所设计的永磁同步电机矢量控制系统具有较高的控制精度和稳定性。
五、结论综上所述，基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
对于电机控制领域的研究和应用具有一定的参考和借鉴价值本文介绍了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究 电气工程及其自动化专业毕业设计 毕业论文
诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日湖南工程学院毕业设计（论文）任务书————☆————设计（论文）题目：基于DSP的永磁同步电动机矢量控制系统研究姓名周琳系别应用技术学院专业电气工程及其自动化班级0786 学号200713010616指导老师颜渐德教研室主任谢卫才一、基本任务及要求：1）掌握矢量控制的基本原理。
2）掌握永磁同步电动机矢量控制系统。
3）利用MATLAB软件仿真，分析。
4)硬件设计及软件设计二、进度安排及完成时间：2月20日：布置任务，下达设计任务书2月21日——3月10日：查阅相关的资料（总参考文章15篇，其中2篇以上IEEE的相关文章）。
3月13日——3月25日：毕业实习、撰写实习报告3月27日——5月30日：毕业设计、4月中旬毕业设计中期抽查6月1日——6月7日：撰写毕业设计说明书（论文）6月8日——6月10日：修改、装订毕业设计说明书（论文），并将电子文档上传FTP。
6月11日——6月12日：毕业设计答辩目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第１章概述 (1)1.1永磁同步电动机的发展概况及应用前景 (1)1.1.1 永磁同步电动机发展概况 (1)1.1.2 永磁同步电动机特点及应用 (2)1.2永磁同步电动机控制系统的发展现状与趋势 (3)1.3课题研究的背景及本文的主要研究内容 (4)1.4本课题的研究意义 (5)第2章永磁同步电动机的结构及其数学模型 (7)2.1永磁同步电动机的结构 (7)2.2永磁同步电动机的数学模型 (8)2.2.1 永磁同步电机在静止坐标系(UVW)上的模型 (8)α-)上的模型方程 (10)2.2.2 永磁同步电机在两相静止坐标系(β2.2.3 永磁同步电机在旋转坐标系(d q-)上的数学模型 (12)第3章永磁同步电机矢量控制及空间矢量脉宽调制 (16)3.1永磁同步电机的控制策略 (16)3.1.1永磁同步电机外同步控制策略 (16)3.1.2 永磁同步电机自同步控制策略 (16)3.1.3 永磁同步电动机的弱磁控制 (19)3．2空间矢量脉宽调制(SVPWM) (19)3.2.1 空间矢量脉宽调制原理 (19)3.2.2 空间矢量脉宽调制实现 (22)3.3PI控制器的设计 (24)3.3.1 电流环PI控制器的设计 (24)3.3.2 速度环PI控制器的设计 (25)第4章系统仿真模型 (26)4.1MATLAB仿真工具箱简介 (26)4.2闭环控制系统仿真 (27)4.3仿真结果及分析 (31)第5章永磁同步电机控制器的硬件设计 (34)5.1功率变换单元的设计 (34)5.1.1 三相桥式主电路 (35)5.1.2 IR2130驱动器 (36)5.1.3 信号隔离电路 (38)5.2检测单元的设计 (38)5.2.1位置检测单元的设计 (38)5.2.2 电流检测电路 (40)5.2.3 电压检测电路 (40)5.3控制器的设计 (41)5.3.1 DSP的特点和资源 (42)5.3.2 系统设计中所用的DSP硬件资源 (43)5.4电平转换 (44)5.5保护电路的设计 (45)5.5.1 过流保护电路 (45)5.5.2 过压保护电路 (46)5.5.3 上电保护电路 (46)5.5.4 系统保护电路 (47)第6章永磁同步电机控制器的软件设计 (48)6.1DSP软件一般设计特点 (48)6.1.1 公共文件目标格式 (48)6.1.2 Q格式表示方法 (49)6.2控制系统软件的总体结构 (50)6.3控制系统子程序设计 (53)6.3.1 位置和速度计算 (53)6.3.2 速度、电流PI控制 (55)6.3.3 电流的采样与滤波 (56)6.3.4 坐标变换软件实现 (58)6.3.5 正余弦值的产生 (58)6.3.6 空间矢量PWM程序 (59)结束语 (60)参考文献 (61)致谢 (62)附录 (63)基于DSP永磁同步电动机矢量控制系统研究摘要：本论文在分析了PMSM的结构、数学模型的基础上采用弧公司专用于电机控制的TMS320F2407A型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统，主要完成了以下几个方面的工作：(1)本文查阅大量的文献资料，阐述了永磁同步电机的发展概况及应用以及其控制系统的发展现状，讨论了此课题的研究意义。
基于DSP的永磁伺服系统设计和实现
基于DSP的永磁伺服系统设计和实现岑海洪;杨艳娟【摘要】AC PMSM can adopt field oriented or direct torque control method.The field-orientedcontrol method and hardware architecture is analyzed to achieve its digital control. Us ing the Texas Instru-ments TMS320F2812 digital signal processor as the master chip,the three closed-loop servo control systemis designed in the CCS integrated development platform,First the overall hardware design and the major cir-cuit design is introduced and the key problems in circuit design are analyzedAnd then the overall softwareframe and specific design for every module is presented as well as a PI controller with integral correction isdesigned to realize three closed-loop control of system,thus preferable control effect is obtained.%交流永磁同步电机可以采用磁场定向控制或直接转矩控制方法,分析了磁场定向控制方法和硬件结构,实现其数字控制.使用德州仪器公司的TMS320F2812数字信号处理器作为主控芯片,在CCS集成开发平台上设计了以磁场定向为控制方法的三闭环伺服控制系统.首先介绍了系统的总体硬件设计和主要电路设计,对电路设计中关键问题进行分析.接着介绍了系统整体软件框架和各模块的具体软件设计,并设计了带有积分校正的PI控制器实现系统的三环控制,得到了较好的控制效果.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)009【总页数】3页(P40-42)【关键词】永磁同步电机;磁场定向控制;DSP【作者】岑海洪;杨艳娟【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641【正文语种】中文【中图分类】TH16;TM921.54+11 引言现代交流伺服系统对控制的要求是响应快、精度高、转矩脉动小，而实现交流电机瞬时转矩的高性能控制，则成为满足这些要求的关键因素。
基于DSP的永磁同步电机全数字交流伺服控制系统设计-张银宝
基于DSP的永磁同步电机全数字交流伺服控制系统设计学生: 陈海涛电子信息学院指导教师:陈永军副教授电子信息学院一.题目来源生产/社会实际交流伺服系统广泛应用于数控机床，机器人等领域，在这些要求高精度，高动态性能以及小体积的场合.二. 研究目的和意义目前，交流伺服系统广泛应用于数控机床，机器人等领域，在这些要求高精度，高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显优势。
PMSM本身不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下，不需要阻尼绕组，效率和功率因数都比较高，而且体积较同容量的异步电机小。
近几年来，随着微电子和电力电子技术的飞速发展，越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器（DSP）和智能功率模块（IPM），从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。
促使交流伺服系统向数字化、智能化、网络化方向发展。
总之,基于DSP的永磁电机控制系统满足现代电机控制的基本要求:信号处理快而准确;实时完成复杂的控制算法;精确而快的PWM输出; 能满足要求增加功能和智能的需求; 性能价格比高。
三．国内外研究的概况和发展趋势伺服驱动装置是数控机床、工业机器人等高性能机电一体化产品的重要组成部分，也是构成工厂自动化(FA)不可缺少的基本单元。
电动机控制技术是伺服驱动系统的核心。
课题研究的背景:近几年交流伺服系统的发展呈现下列几种趋势。
一、永磁同步电机的应用越来越广泛。
永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度大、效率高、转子消耗小等一系列优点，在医疗器械、仪器仪表、化工轻纺以及家用电器等方面正得到日益广泛的应用，并且成为新一代的航空，航天和航海用电机，加上我国又是永磁材料的生产大国。
所以，在我国永磁电机的应用有着广阔的发展前景。
二、高性能控制策略广泛应用于交流伺服系统。
基于常规控制理论设计的电机控制系统存在缺陷和不足:传统控制器的设计通常需要被控对象有非常精确的数学模型，而永磁电机是一个非线性多变量系统，难以精确的确定其数学模型，按照近似模型得到的最优控制在实际上往往不能保证最优，受建模动态，非线性及其他一些不可预见参数变化的影响，有时甚至会引起控制品质严重下降，鲁棒性得不到保证。
基于DSP的永磁同步直线电机伺服控制系统的研究_3基于DSP的数字伺服控制系统方
3 基于DSP的数字伺服控制系统方案3.1 交流电机数字控制系统的特点数字控制系统是自动控制理论和计算机技术相结合的产物，一般是指微处理机参与控制的开环或闭环系统，通常具有精度高、速度快、存储量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。
相对于传统的模拟控制系统而言，数字控制系统有以下优点[9]：（1）精心设计的微机控制系统能显著地降低控制器硬件成本。
根据目前微机的发展趋势来看，此优点变得越来越明显，对于复杂控制系统尤其如此。
为用户专门设计的大规模集成电路（VLSI）加软件构成的控制芯片，或为大批量生产设计的专门集成电路（ASIC）均使系统硬件成本大大降低。
体积小、重量轻、耗能少是它们附带的共同优点。
（2）改善系统可靠性。
VLSI使系统连线减少到最少，其平均无故障时间（MTBF）大大长于分立元器件电路。
经验表明，正确设计微机控制系统的可靠性大大优于电机控制系统中的其它元器件。
（3）数字电路不存在温漂问题，不存在参数变化的影响。
（4）可以设计统一的硬件电路，以适合于不同的电机控制系统。
软件设计具有很大的灵活性，可以有不同的版本，还可加快产品的更新换代。
（5）可以完成复杂的功能，指令、反馈、校正、运算、判断、监控、报警、数据处理、故障诊断、状态估计、触发控制、PWM脉冲产生、坐标变换等等。
数字控制系统也有其不足之处，主要表现在：（1）存在采样和量化误差。
尽管计算机内部的数字量非常精确，但和外部打交道均通过数/模（D/A）、模/数（A / D）转换器。
D/A、A / D转换器的位数和计算机的字长是一定的，增加位数和字长及提高采样频率可以减少这一误差，但不可以无限制地增加。
（2）响应速度往往慢于专用的硬件或模拟系统。
计算机处理信号是以串行方式进行的，尽管微处理机的速度提高很快，但要完成很多任务仍需较长的时间。
此外，采样时间的延迟可能造成系统的不稳定。
（3）软件人工成本较贵。
基于DSP永磁同步电机伺服系统硬件设计
微控制器选择
微控制器的选择是伺服控制器硬件设计的关键步骤。它需要满足以下要求： 具有高速运算能力，能够处理复杂的控制算法；具有丰富的外设接口，能够与传 感器和驱动器进行通信；具有高可靠性和稳定性，能够在恶劣环境下正常工作。 常用的微控制器包括STM32、DSP和PowerPC等。
驱动器选择
驱动器是伺服控制器的重要部件，它需要驱动功率电子器件来控制电机的运 行。根据电机的类型和功率要求，选择合适的驱动器至关重要。对于PMSM，常用 的驱动器包括IPM（智能功率模块）和半桥驱动器等。选择驱动器时需要考虑其 功率、效率、保护功能以及与微控制器的接口兼容性等因素。
三、实验结果与性能分析
在完成硬件设计和驱动保护后，我们需要对整个系统进行实验测试，以验证 其性能和稳定性。实验结果通常包括电机的转速、电流、位置等数据的波形图， 以及系统的响应时间、稳态误差等性能指标。
通过实验结果，我们可以分析出基于DSP的永磁同步电机控制系统的控制精 度、动态响应、鲁棒性等性能。这些性能可以通过调整控制算法的参数、优化驱 动电路的设计、改进保护措施等方式进行优化。
结论：
本次演示介绍了基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计的关键步骤和方 法，包括DSP的选择、硬件设计、永磁同步电机的驱动和保护以及实验结果和性 能分析。通过这些步骤和方法，我们可以实现一个高效、稳定、可靠的永磁同步 电机控制系统。
在实际应用中，我们还需要根据具体的需求和应用场景进行适当的调整和优 化，例如调整控制算法的参数以适应不同的电机特性、优化驱动电路的设计以提 高系统的效率、改进保护措施以提高系统的安全性等。我们还需要最新的技术发 展，以便将最新的技术和方法应用到实际的系统中，以提升系统的性能和竞争力。
2、CAN总线通讯接口：CAN总线通讯接口是一种常见的通讯接口之一，具有 高可靠性、高实时性等特点。在设计中，我们需要选择合适的CAN总线控制器来 进行通讯接口的设计，并确定通讯协议和通讯速率等参数。
基于DSP的交流永磁同步电动机运动控制系统研究
１ 控 制 模 型 与 控 制 系统
１ １ 控制 模型 ．
三相 交 流永磁 同步 电动机 模 型是 一 个 多 变量 、 非 线性 、 强耦 合 系统 。为 了实 现转矩 线性 化控 制 ， 就必 须
ｎ ｔｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｔｒ ｓ ｒ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｈ ｓ ｇ ｏ ｙ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｔｔｃ ｐ ｒｏｍ－ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕｓｍｏｏ ｅ ｖ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｏ ｄ ｄ ｎａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｓａｉ ｅ ｆｒ ａｃ ｎ ｅ，ａ ｄ ｗｉ ｏ ａ ｔｓｒ ｃ ｕ ｅ，ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｅ ｉｎ，ｃ ｎ ｒ ｌｆｅ ｉｌ ｎ ｔ ｃ ｍｐ ｃ ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｔｏ ｌｘｂ ｅ，ｅｃ． ｔ
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Ｄｉａ Ｒｅｈ ｅｎｎ ｅΒιβλιοθήκη 设计与研究 ｓ ｄ ｓ『 ｇ ｃ
基 于 Ｄ Ｐ的 交 流 永 磁 同步 电动 机 运 动 控 制 系 统 研 究 Ｓ
李文庆 王大伟 丁云 飞 金 蒙 林 猛
（ 大连 光洋 科技 工程 有 限公 司 ， 大连 辽 宁 １６ ０ ） １６ ０ 摘 要 ： 了提 高 交流 永磁 同步 电动 机运 动控 制 系统 的 控 制精 度 ， 论 了基 于 ＤＳ 的永 磁 同步 伺 服 控 制 系 为 讨 Ｐ
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展和工业领域的日益进步，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度以及良好的调速性能，在工业自动化、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛应用。
永磁同步电机的控制策略复杂，需要精准的控制算法以实现其性能优化。
在此背景下，基于数字信号处理器（DSP）的永磁同步电机矢量控制系统成为了研究的热点。
本文旨在探讨基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现。
文章将介绍永磁同步电机的基本原理和控制策略，为后续研究提供理论基础。
将详细阐述基于DSP的矢量控制系统的硬件和软件设计，包括DSP的选择、外围电路设计、控制算法的实现等。
文章还将探讨矢量控制算法的优化，以提高永磁同步电机的运行效率和稳定性。
通过本文的研究，期望能够为永磁同步电机矢量控制系统的设计与实践提供有益的参考，推动永磁同步电机在实际应用中的性能提升，为工业领域的发展做出贡献。
二、永磁同步电机的基本理论永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。
与传统的电励磁同步电机相比，PMSM省去了励磁线圈和相应的励磁电源，因此结构更为简单，效率更高。
PMSM的理论基础主要涉及电机学、电磁场理论和控制理论。
在电机学方面，PMSM的运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。
电机通过定子电流与转子永磁体产生的磁场相互作用，实现电能与机械能的转换。
定子的三相电流在电机气隙中产生旋转磁场，该磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电机旋转。
在电磁场理论方面，PMSM的设计和优化需要考虑电磁场分布、绕组设计、磁路设计等因素。
通过合理的电磁设计，可以提高电机的效率、降低损耗、提高转矩密度和动态性能。
控制理论在PMSM的运行中起着至关重要的作用。
矢量控制（也称为场向量控制）是一种先进的控制策略，它通过独立控制电机的磁通和转矩，实现了对PMSM的高性能控制。
矢量控制将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，通过调节这两个分量的大小和相位，可以实现对电机转速、转矩和功率的精确控制。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现的开题报告
基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现
的开题报告
1.研究背景和意义
随着现代交通工具和工业机械的不断发展，永磁同步电机广泛应用
于这些领域。
永磁同步电机有高效、高功率因素、低噪音和低损耗等优点，因此在工业控制领域中有着广泛的应用前景。
由于其高性能和灵活性，永磁同步电机伺服系统正在逐渐取代传统的伺服系统。
因此，对永
磁同步电机伺服控制系统的研究日益受到关注。
2.研究内容和方法
本文将通过DSP来设计永磁同步电机伺服控制系统。
研究内容主要
包括以下几个方面：
（1）永磁同步电机的理论基础
（2）永磁同步电机伺服控制系统的基本原理和控制算法
（3）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计
（4）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的软件设计
在硬件设计方面，使用DSP芯片作为核心，在该芯片的支持下，设
计系统的整体电路。
在软件设计方面，使用Matlab/Simulink软件建立永磁同步电机数学模型，分析其控制算法，并开发相应的控制程序。
最后，通过仿真和实验验证系统的性能。
3.研究意义和预期成果
本研究将在永磁同步电机伺服控制系统的设计和控制算法方面进行
深入探索，并将开发一套完整的控制系统。
通过仿真和实验，验证所设
计控制系统的有效性和可行性。
该研究对永磁同步电机的应用以及工业
控制的发展都具有重要意义。
预期成果包括：
（1）基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的硬件设计图（2）DSP控制程序的设计和实现
（3）永磁同步电机伺服控制系统的性能测试结果和分析（4）学术论文、会议论文等相关成果。
基于DSP的全数字式永磁同步直线电动机伺服系统
基于DSP的全数字式永磁同步直线电动机伺服系统何川;左健民;汪木兰;李宁;林健【摘要】根据高档数控机床对伺服系统高速度、高精度和高动态性能的需求,介绍了一种以数字信号处理器(DSP)为控制器核心,以智能功率模块(IPM)为驱动器,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制技术的全数字式永磁同步直线电动机(PMLSM)伺服系统.详细说明了伺服系统控制器、驱动器和检测电路的结构,阐述了直线电动机矢量控制的原理,分析了直线伺服系统的软件结构及主程序和定时中断服务子程序的流程.由于伺服系统硬件结构的简化,使得伺服系统具有较高的可靠性和适应性.%According to the demand of the linear motor with high speed,high precision and high dynamic performance for modern CNC machine tool, a digital servo system of permanent magnet synchronous linear motor using space vector pulse width modulation (SVPWM )control technology has been put forward. The servo system takes Digital Signal Processors (DSP)as the core of controller and Intelligent Power Module (IPM)as the driver.The structure of controller,driver and detection circuit of servo system was introduced, the principle of vector control technology for linear motor was discussed,and the main program flow and timing interrupt subprogram flow of servo system software were analyzed.The servo system has high reliability and flexibility because of the simplified servo system hardware structure.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】3页(P120-122)【关键词】永磁同步直线电动机;伺服系统;数字信号处理器;智能功率模块;空间矢量脉宽调制【作者】何川;左健民;汪木兰;李宁;林健【作者单位】常州大学机械工程学院,常州213016;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京211167;常州大学机械工程学院,常州213016;江苏技术师范学院,常州213001;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京211167;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京211167;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京211167【正文语种】中文【中图分类】TH16;TM359.41 引言数控机床正朝着精密、高速、复合、智能、环保的方向发展，精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的动态特性和控制精度要求[1-2]。
基于DSP的永磁伺服系统设计和实现
ｅ ｔ Ｔ ３ ０ ２ １ ｉ ａ ｓ ｎ ｒｃｓｏ ｔｅｍ ｅ ｃ ｉ ｈ ｈｅ ｌ ｄ ｌ ｅｖ ｏｔ ｓ ｍ ｎ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ｄｇｔ ｉ ａ ｐ ｏｅｓｒ ｈ ａｔ ｈ ｔｅｔｒｅｃｏｅ —ｏｐｓｒｏｃｎｒｌ ｙｔｍ ｓ ｉ ｌ ｇｌ ｓ ａ ｓ ｒ ｐ， ｓ ｏ ｏｓ ｅ
ｉｄ ｓ ｎ ｄｉ ｔｅＣ Ｓｉｔ ｒｔ ｅｅ ｐ ｅ ｔ ｌｆ ｒ ．ｉ ｔｈ ｖｒｌｈ ｒｗ ｅｄｓ ｎ ｅｍ ｊｒ ｉ— ｓ ｅｉ ｅ Ｃ ｅ ａｅ ｄｖ ｌ ｍ ｎｐａ ｏｍ Ｆｒ ｅ ｅａ ａｄ ａ ｅｉ ａｄｔ ａ ｒ ｇ ｎｈ ｎｇ ｄ ｏ ｔ ｓｔ ｏ ｌ ｒ ｎ ｇ ｈ ｏ ｃ—
Ｋｅ ｒ ｓ： ｒ ｎｅ ｔｍ ａ ｎｅ ｙ ｃ ｏ ｏ ｏ ｏｒ； ｌ ｄ ｏ ｉｎ ｅ ｏ ｒ ｌ ＤＳＰ ｙ ｗｏ ｄ Ｐｅ ｍａ ｎ ｇ ｔｓ ｎ ｈｒ ｎ ｕｓｍ ｔ Ｆｉｅ ｒｅ ｔ ｄ ｃ ｎｔ ｏ ；
中 图分 类号 ：Ｈ１ ，Ｍ９ １ ４ １ 文献 标识码
关键词 ： 同步 电机 ； 场定 向控制 ； Ｓ 永磁 磁 Ｄ Ｐ
【 ｓｒ ｃ】Ａ ＭＳ ａ ｄｐ ｅｄｏｉ ｔｄ ｏ ｉ ｃ ｔｒｕ ｏ ｔ ｌｍ ｔｏ．ｈ ｅ － ｒ ｎｅ Ａｂｔａｔ Ｃ Ｐ Ｍ ｃｎ ａ ｏ ｔ ｌ ｒ ｎｅ ｒｄｒ ｔ ｏｑ ｅ ｃｎｒ ｅｈｄＴ ｅ ｌ ｏｉ ｔｄ ｉ ｆ ｅ ｅ ｏ ｉ ｆ ｄ ｅ
１ ｌ 面 子 三相 静止 坐标 物 理量 变换 到 转 子 的旋 转 坐标 ， 现交 流 电机 的 实
现代交流伺服系统对控制的要求是 响应快 、 精度高、 转矩脉
动小 ， 而实现交流 电机瞬时转矩 的高性 能控制 ， 则成为满足这些 要求 的关键 因素。
解耦， 达到转矩线性化控制的 目的ｌ 这种方法具有控制结构简单 、 １ ｌ 。 控制软件容易实现的特点。 某公司的 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８ ２ Ｍ ３０ ２ １ 微处理器是一 款专门为电机控制而设计的微处理器 ， 具有多路的 Ｐ ＷＭ输 出、 正
基于DSP的永磁同步电机伺服装置设计
法，以及ＤＳＰ及旋转变压器一数字转换器电路的硬件设计和积分分离 ＰＩＤ，Ｍ／Ｔ法测速的软件设计方法 实 验结果表明 ，该伺服装 置达到 了较高 的速度／位置响应速度和控制精度。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈ ｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭ ＳＭ ） ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ） ｓｅｒｖｏ
１ 引 言
本文 涉及 的位 置 ／速 度伺 服控 制 装 置 是 应用 于某航 天观测仪 器 的核心 部件 。该 系统采 用永磁 同步 电机驱动 惯 性 负载 ，处 于 经 常 性频 繁 起 制 动 状 态 ，需 要在很 小 的角 度 范 围 内迅 速 改变 转 速 的 大小 和方 向 ，必 须 具 有很 好 的动 态 响应 能 力 。因 此 ，该 装置对 硬 件 的实 时 性及 软 件 控 制算 法 的准 确性 都有非 常严 格 的要求 。
本 系统 的核心 为 ＴＩ公 司的 ＴＭＳＬＦ２４０ ＤＳＰ 控制 器 ，该 控 制 器 集 成 了很 多 片 内外设 ，实 时 性 强 ，非 常适 于 电 机控 制 。采 用 ＡＤ２Ｓ９０转 换 器 将 旋转 变压 器输 出 的模 拟 信 号转 换 为数字 信 号 ，通 过 Ｍ／Ｔ结合 的方 法进 行 速度 的采 样计 算 。伺 服 系 统采用 位置 、速 度 、电流 三环 控制 ，通过 积分 分 离 ＰＩＤ算 法进行 误差 调节 。实 验结果 表 明 ，该 控 制 方案实 时性 好 ，具有 较强 的快速 性和精 确 性 。
ＴＭＳ３２ＯＬＦ２４Ｏ为 ｌ６位 定 点 ＤＳＰ，哈 佛 结 构 ，数据存 储空 间与 程序存 储空 间分 开 ，寻址 空 间 各 为 ６４Ｋ，ＤＳＰ 内部 有 ３２Ｋ 的 程 序存 储 器 Ｆｌａｓｈ 以及 ２Ｋ 的数 据 存 储 空 间 ，但 为 了 调 试 系 统 的 方 便 以及扩 大存储 空 间 ，本 系统扩展 了一片 １６位 × ６４Ｋ 的 ＲＡＭ 存 储 器 作 为程 序 存 储 器 ，所 以 片选 信 号 ＣＥ接 到 ＤＳＰ 的 外 部 存 储 空 间 选 通 信 号 ／ ＳＴＲＢ，扩展 ＲＡＭ 的ＯＥ与 ＤＳＰ的 Ｗ／／Ｒ信 号 相 连 ，ＷＥ与 ＤＳＰ的／ｗＥ 信号 相连 （见 图 ２）。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制模块设计
! ! "#$%&’(%： /BGH ICI=D J=HG?>H C KG>J EL H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= SGOB ’")" TCH=J E> %=MEPM=DU /B= H=DME 6 NE>ODEP HVHO=Q GH NE>HOGORO=J EL H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= C>J ’")" C>J G>O=PPG?=>O IES=D QEJRP=U #O CJCIOH S=PP OE OB= =W=NDCTP= =>MGDE>Q=>O C>J BCH =WO=>HGM= CIIPGNCOGE>H G> OB= LRORD=U /B= =WI=DGQ=>OCP D=HRPO IDEM=H OBCO OB= H=DME 6 NE>ODEP QEJRP= CD= MCPGJGOV C>J L=CHGTGPGOVU )*+ ,-&.$： *)’； ’")"； )=DME 6 NE>ODEP
RF
图如图 $ 所示。
生正弦波、 方波、 三角波等多种波形， 这里只使用其 正弦波发生器的功能。它产生稳定的 /;3E 正弦波 信号， 经过 :#01.F- 高稳定运算放大器电路放大， 得到激磁信号。 位置信号检测的核心芯片是 0! 公司的旋转变 压器 G 数字转换器芯片 0!$"D* 。它可根据同频率 激磁、 响应信号之间的幅度关系， 通过计算得到旋转 变压器的绝对位置信息， 并输出为数字量。它的转 换速度很快， 测量一 次位 置信号 所需 的时 间不 到 2 !A ， 而实际使用时 $HA 才测量一次位置信号， 因此 具有很强的升级潜力。其数据接口 !I2 J !I2/ 能 并行输出四种精度格式的位置信号， 可跟据实际需 要选择不同精 度。可编程 逻辑器件 K0,2/7D! 实 现对 0!$"D* 芯片不同工作方式的选择。 0!$"D* 和 !"# 的 ( L : 接口分别为 17、 *& *7 的 5):" 电平格式， 不能直接连接。用电平转换芯 片 F.735$.1 构成 *& *7 J 17 电平转换电路， 分别连接 !"# 和 0!$"D* 。每次读取位置信号， !"# 会发出锁 存和位选指令， 分别控制 0!$"D* 的 (=MBNB>、 IO>?"?P C?Q> 端口， 实现检测和接收位置信号的功能。 ! & !# 电流检测电路 电流检测电路硬件原理框图如图 . 所示。
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基于DSP的永磁同步电动机的伺服系统的开发原理及过程
微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。
运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，
配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。
DSP和
普通的单片机相比，处理数字运算能力增强10～15倍，可确保系统有更优越的控制性能。
数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。
伺服系统在机电设备中具有重要的地位，下面简单谈谈其发展历程：
（1）直流伺服系统
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。
电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和
交流（AC）伺服系统。
50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。
70年代则是直流伺服电机的应用
最为广泛的时代。
（2）交流伺服系统
从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率
器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。
交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。
交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:永磁同步（SM 型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。
其中，
永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。
感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。
但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。
系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。
为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。
三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制
暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。
速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。
电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。
电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。
（3）交直流伺服系统的比较
直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响，其发展受到了限制。
直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。
交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。
所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。
从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。
在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为主流产品。
（4）伺服系统的发展趋势
从前面的讨论可以看出，数字化交流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。
总的来说，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面：
1. 交流化
伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。
从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。
在工业发达国家，AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。
在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。
可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。
2. 全数字化
采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。
全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能。
3. 采用新型电力电子半导体器件
目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGBT）等。
这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功
耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。
尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一
起的新型模块，称为智能控制功率模块（Intelligent Power Modules，简称IPM）。
这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。
其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理
器的输出可以直接接口。
它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。
4. 高度集成化
新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元两个
模块的做法，代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。
同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。
高度的集成化还显著地缩小了整个控制系统的体积，使得伺服系统的安装与调试工作都得到了简化。