基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计分析
基于DSP永磁同步电机控制.
基于DSP的永磁同步电机控制设计总说明 (3)Abstract (4)1. 绪论 (5)1.1 交流调速概述 (5)1.2 相关领域发展 (5)1.2.1 功率器件发展 (5)1.2.2 变频技术发展 (6)1.2.3 电机制造技术和交流调速理论的发展 (6)1.2.4 控制理论发展 (7)1.2.5 微处理器发展 (7)1.3 国内外研究动态和发展方向 .......... 错误!未定义书签。
1.4 本文研究的主要内容 (8)2永磁同步电机结构及控制原理 (8)2.1永磁同步电机控制理论的发展 (8)2.2永磁交流伺服控制系统 (9)2.3永磁同步电机的矢量控制原理 (9)2.3.1永磁同步电机的内部结构和种类 (9)2.3.2 永磁同步电机的控制策略 (9)2.3.3永磁同步电机数学模型的建立 (10)2.4 SVPWM基本原理 (17)2.4.1 空间矢量的定义 (17)2.4.2电压与磁链空间矢量的关系 (18)2.4.3 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 (19)第1 页共74 页2.4.4 T1，T2，T0的计算 (22)2.5电机的位置检测原理 (23)2.6光耦隔离电路的原理 (26)2.7逆变器原理 (28)第三章硬件电路设计 (31)3.1 系统硬件总体设计 (31)3.2 主控芯片DSP2812的基本特征 (32)3.3 DSP外设介绍 (33)3.4主电路模块设计 (37)3.4. 1 整流滤波电路的设计 (37)3.4.2 逆变电路的设计 (38)3.4.3 测速电路的设计 (39)3.4.4通信接口电路设计 (40)图3-2 SCI接口电路图 (40)3.4.5最小系统电路 (41)3.5 LED显示电路 (41)光耦隔离电路 (42)2. 第五章软件设计 (50)5.1 DSP开发软件的安装与应用 (50)总结与致谢 (60)参考文献 (73)第2 页共74 页基于DSP的永磁同步电机控制设计总说明随着电力电子技术现代控制技术以及计算机微芯片技术的迅速发展,在交流调速技术中,变频调速以其优异的调速性能和高效节能效果等优点成为了国内外交流调速系统的发展方向,现阶段运用计算机电子技术的最新发展成果将成熟的电机控制理论应用并构建成完整的系统已经是该领域内研究的一个热点。
基于DSP的车用空调永磁同步电机滑模控制系统研究
基 于 Ｄ Ｐ的车用 空调 永磁 同步 电机 滑模 Ｓ 控 制 系统 研 究
付 强 ，刘和 平 ，陈 轶
４０ ４ ； ０ ０４ （ ． 重庆 大 学 电 气工 程 学 院 ，重 庆 １
２ ．重庆建设 车用空调器有 限责任公司 ，重庆 ４ ０ ５ ） ００ ２
摘
要 ：为 了开发 一套用于车用空调压缩机 的永磁 同步 电机控制系统，在分析 了永磁 同步 电机数学模
型和滑模 变结构控制的理论的基础上，建立 了以 Ｆｅｓａ Ｓ ６ ８４ ｒｅ ｌ Ｄ Ｐ５Ｆ ３６为控制核 心的 Ｐ Ｓ 无传感器 ｃｅ ＭＭ 控制系统 ，详细介绍 了系统主要的软硬件设计流程。使用 Ｆｅｓａ ｒｅｃ ｅ提供 的 ＦｅＭ ｓ ｒ ｌ ｒ ａｔ 通信套件 方便 的 ｅ ｅ 实现 Ｄ Ｐ和上位机 的通信，可 以显示和修 改代码 中定义的中间变量和参数。实验结果表 明滑模观测器 Ｓ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ Ｓ ｎｓ ｌｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｅ ｏｒｅ ｓＰＭ ＳＭ ｎｔｏｌｗｉｈ ｌｄ ｎｇ Ｍ ｏ ｓ ｒ ｅ ｏ Ｃｏ ｒ ｔ Ｓ ｉ ｉ ｄｅ Ｏｂ ｅ ｖ ｒ ｆ ｒ Ｖｅ ｉｌ ｒ ｃ ｎｄ ｔｏ ｒ Ｂａ ｅ ｏ Ｆｒ ｅ ｃ ｌ Ｐ ６Ｆ８ ４６ ｈ ｃｅ Ａｉ ． ｏ ｉｉ ｎｅ ｓ ｄ ｎ ｅ ｓ ａ ｅ ＤＳ ５ ３
具有 良好 的鲁棒性 ，能够很好 的跟踪转子实际位置 ，验证 了该控制 系统 的可行性，为下 一步 负载 匹配
实验打下 了良好的基础。
关 键词 ：永磁 同步 电机 ；滑模观测 器 ；飞思卡 尔（ｒｅｃｌ） Ｆｅｓａ ；车用 空调 ｅ
中图分类号 ：Ｔ ４ ：Ｔ ５ Ｍ３ １ Ｍ３ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．８ ８ ２ １ ）３０ ５ —４ ０ １６４ （０ ０ ０ —０ ６０
基于DSP的无传感器永磁同步电机控制器设计
（ ｉｑ ａ ｏｏ ａ ｅ ， ｕｙ ｎ ５ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｌｎ ｕ ｎＭ ｔ Ｍ ｋ ｒＧ ｉ ｇ５ ０ ０ ，ｈｎ ） ｒ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｌ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｈ ｔ ｈ ｏｏ ｏ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｔ ａｓ ｌ ｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｉｇ ｓｒ ｃ ： ｏ ｄ ａ ｈ ｔｅ ｐ ｏ ｌｍｓｔ ａ ｅ ｒ ｔｒｐ ｓｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｅ ｄ ａ ｅｈ ｒ ｄ ｔｃ ， ｏ ｕ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｓｉ ｎ ｗｉ ｔ ｉ ｏ ｏ ｄ ｍｏ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｂ ｅｖ ｒｗａ ｒｓ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔｒｓｐ ｓ ｉｎ ａ ｄ ｖ ｌ ｃｔ ， ｎ ｏ ｔ ｌ ｒｗ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｎ ｅ ｅ— ｄ ｕ ｒ ｎ ｓ ｒｅ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ ｔ ｓｉ ｅ ｈ ｏｏ ＇ ｏ ｉ ｏ ｎ ｅｏ ｉ ａ ｄ ａｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｏ ｍａ ｔ ｙ ｏｅ
坐 标 系 法 、 测 器 观 法 、 尔 曼 滤 波 法 卡 等 。相 电 流 检 测 法 原 理 框 图 如 图
可靠 性 ， 因此研 究无 传 感 器 的 控 制技 术 就 显 得 十 分
必 要
２转 子 位 置检 测
Ｐ Ｍ 的反 电动势 是 正 弦形 的 ， 使 电机 产 生 ＭＳ 要 平 滑 的转矩 ， 电机 绕 组 中流过 的 电流 也 必 须是 正 弦 基
于
∽
ｌ系 统控 制 策 略
采 用 ｉ＝ ０的磁 场定 向矢 量控 制方 式 ， 控制 方 该 案包含 了速 度和 电 流两 个 闭环 ， 中速 度 控 制 为外 其 环， 电流 控制 为 内环 。给定 转 速 与估 算 出 来 的转 速
基于DSP的无位置传感器永磁同步电机磁场定向控制系统
基于DSP的无位置传感器永磁同步电机磁场定向控制系统本文着重介绍了一种改进算法，即取消相电流传感器且采用滑模观测器实现无位置传感器速度控制。
永磁同步电机（PMSM）是近年来发展较快的一种电机，由于其转子采用永磁钢，属于无刷电机的一种，具有一般无刷电机结构简单，体积小，寿命长等优点［1］。
本文讨论空间矢量控制的永磁同步电机，采用磁场定向算法借助DSP 高速度实现对转速的实时控制。
由于控制算法必须获取转子位置信息，所以传统的控制系统都需要以光电编码器等作为转子位置传感器。
为了最大限度减少传感器，本文从改变相电流检测方法，建立采用砰－砰控制的滑模观测器，介绍一个可以实现的模型。
2磁场定向原理磁场定向控制，简称FOC。
如图1 所示，两直角坐标系：αβ坐标系为定子静止坐标系，α轴与定子绕组a 相轴重合；dq 为转子旋转坐标系，d 轴与转子磁链方向重合，并以同步速ωr 逆时针旋转。
两坐标系之间的夹角为θe。
可以把定子电流综合矢量is，在旋转坐标系dq 轴上如下式分解is＝isd＋isq （1）在交流永磁同步电机中，转子为永磁钢，可认为转子电流综合矢量的模大小不变，常用常数值IF 代表。
根据交流电机电磁转矩T 与定、转子电流综合矢量的普遍关系式［2］式中p 极对数L12 定、转子互感i1 定子电流综合矢量i2 转子电流综合矢量δ定、转子综合矢量间夹角这样电磁转矩只随｜i1｜和角δ变化。
为了获得简单可控的转矩特性，可以给定定子电流综合矢量指令使其始终在q 轴上，即δ＝90°，从而得式中Is 定子电流综合矢量的模按上式可以实现用定子电流综合矢量的模来直接控制电动机电磁转矩，从而使永磁同步电动。
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对永磁同步电机直接转矩控制技术的研究
但是应用起来 存在着一些 问题 ， 以基于 Ｄ Ｐ永磁磁同步电 波电路等组成 的， 所 Ｓ 根据 电机的参数设置， 输入功率部分选用的 电容滤波 ，来获得平滑 的直流 电压 以便输 出到逆变部分的开
永磁 同步 电机 直 接 转 矩 控 制 理 论 的指 导思 想 是 ：保 持 定 关器 件 。
应。
计主要包括： 定子相 电流检测和转速检测 。
（） １定子相 电流的检测 电路 。
磁链幅值不变条件下，通过控制定子和转子磁链之 间夹角达 在控 制 系 统 中， 制 器要 准 确 及 时测 出绕 组 中实 际 电流 的大 小， 控
以便于实现 电流保护电路以及 电流控制的设计 。电流采样实
对于转速 的测量有多种方法，其中光电编码器是其 中性
机是模拟现代络筒机的主要 的控制中心 ， 它是 由Ｃ ＡＮ总线 向 能与精确性方面较好的一种方法， Ｐ芯片中 Ｑ Ｐ电路是专 ＤＳ Ｅ
Ｄ Ｐ控制系统进行发送指令， Ｓ 在此 ， Ｓ Ｄ Ｐ控制系统主要 负责 内 门接 受光 电编码器的输出信号。本论文使用 的永磁同步 电机
现 控 制 性 能标 准 是 ： 时 陛、 确 性 、 靠 性 。 在 进 行 电 流 测 实 准 可
３基 于 ＤＳ 对 永 磁 同 步 电 机直 接 转 矩 控 制 系统 硬 件 系 统设 计 量时 ， Ｐ 我们尽量使用方法简单、 价格性能较好的电阻器 测量 。 本 文 设 计 的永 磁 同步 电机 直 接转 矩 控 制 的硬 件 平 台主 要 在此 ， 我们使用 电磁隔离霍尔元 件来对 电流进行检测 。 包 括 ： １永 磁 同步 电机 ；２ 上 位 机 ；３ 以 Ｔ ３０ ２ １Ｄ Ｐ （） （） （） ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ Ｓ 为核 心 的 控 制 系 统 及 电 压源 逆 变 驱 动 器 三 个 部 分 。其 中上 位 （） 速 的检 测 。 ２转
基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法研究
基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法研究摘要：随着社会经济的进步发展和科学技术的革新，生产行业伴随着技术的创新有了新的发展态势，特别是伺服控制系统已经广泛应用在各行各业内。
基于此，本文以DSP永磁同步电机伺服控制算法作为研究对象，通过对永磁同步电机伺服控制系统的相关概况进行分析，分别从基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的硬件电路设计和软件电路设计进行详细阐述，探究基于DSP的永磁同步电机伺服控制的有关算法，从而体现出整个控制系统的数字化和智能化。
关键词：DSP；永磁同步电机；伺服控制算法引言：工业化进程的脚步加快，导致数字信号处理技术和控制技术的发展带动了永磁同步电机的进步，越来越小的功率损耗获得各行各业的青睐，使用先进DSP永磁同步电机伺服控制算法，提高工业生产效率，加强对系统的有效控制，拓宽基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统的应用领域，提高计算的精确度，加强航天航空、数控加工以及机器人控制领域的有效发展，推动我国高科技技术的研究实力。
1. 永磁同步电机伺服控制系统相关概况分析基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统中，伺服系统指的就是执行机构会根据接收得到的信号进行制定的动作，如果没接收到信号就不会做出动作，当信号达到系统内部的时候，根据信号的要求进行工作。
随着工业的进步和发展，永磁同步电机出现在工业生产领域，并且开始逐渐占据主导地位，但是永磁同步电机的进步会受到材料的制约，在二十世纪七十年代，永磁同步电机生产已经得到应用，但是它用到的稀土永磁材料价格过于昂贵，并没有广泛被应用在各行各业当中；到了二十世纪九十年代，永磁同步电机中材料技术逐渐发展成熟，性能的完善带来了价格的降低，永磁同步电机功率和性能在第一程度上有了提高，电机的体积减小，结构制作以及电机的设计工艺有了发展，基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法结果更加精准，带动了永磁同步电机的应用。
电力电子技术是实现永磁同步电机伺服控制的重要技术之一，在这其中半导体功率器件起到了尤为关键的作用，在各个发展阶段中，半导体功率器件都有着属于自己的作用，首先在半控式晶闸管的演进下，形成了具备自关断能力的半导体器件，在这其中包含大功率晶体管、可关断晶闸管以及功率场效应管，随着时代的进步和发展出现了复合型的厂控器件，在这其中包含了绝缘栅功率晶体管、静电感应式晶体管、静电感应式晶闸管和MOS晶体管，最终经过不断的有效资源配置和相关基于DSP的永磁同步电机伺服控制技术的革新，功率集成电路形成，带动了基于DSP的永磁同步电机伺服控制算法的进一步发展[1]。
基于DSP28035的高速永磁无刷直流电机驱动系统硬件设计
系统硬件设计图3.1为该系统硬件总体框图，整个系统由功率驱动电路、调理与保护电路、DSP控制电路及无刷直流电机本体四大部分组成。
本节将分为两部分，即功率驱动硬件部分和数字控制硬件部分，阐述该系统的硬件设计。
图3.1 无刷直流电机系统硬件框图3.1功率与驱动电路本节先根据系统的特点，分析电路的拓扑选择，然后按照电路的三级结构，逐级说明其具体实现过程。
3.1.1 功率电路拓扑选择该电路输入单相交流电（220V/50Hz），输出直接驱动无刷直流电机。
电机前级需有三相逆变桥实现换相，由于电机频率较高，因而受三相逆变桥开关频率的限制，无法采用逆变桥PWM脉宽斩波控制实现调速控制。
本功率系统结构选择“交流-直流-直流-交流”方式，即在逆变桥前级加入buck电路，采用buck调压调速方式控制该高速永磁无刷直流电机。
功率电路结构框图如图3.2所示。
图3.2 功率电路结构框图3.1.2 启动缓冲电路图 3.2中第一级采用二极管不控整流，再用大电容滤波后得稳定直流电压1U 。
电路上电时，由于电容1C 两端电压不能突变，上电产生瞬间的大电流给其充电，该电流太大将造成1C 损坏。
为此，电路中加入了启动缓冲电路。
如下图3.3所示，上电时晶闸管1Q 尚未导通，通过11R C 串联回路给1C 充电，充电电流较小，1U 缓慢上升，电容受到保护。
再利用电阻2R 、3R 对1U 分压采样，当1U 上升到约输入电压峰值的90%时，采样电压1s U 将超过设定的门限电压TH U ，通过比较器后驱动光耦，从而触发晶闸管导通。
晶闸管导通后，1R 被短路，电路进入正常工作状态。
此后向后级供电的过程中，晶闸管一直导通，2R 、4R 的阻值非常大，不对后级产生影响。
后级关断或电路掉电时，1Q 关断，4R 为1C 提供放电回路。
图中TH U 由CC V +经电阻分压得到，而CC V +是由/AC DC 模块电源获得。
G AU 1s U Q 1图3.3 启动缓冲电路示意图3.1.3 直流-直流变换该环节实现调压调速功能，直接利用Buck 变换器降压，但电机满载时该电路输出电流很大，所需输出滤波电感太大。
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的永磁同步电机控制系统硬件设计
基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计胡宇;张兴华【摘要】以小功率永磁同步电机(PMSM)为研究对象,结合数字信号处理器TMS320F2812功能特点,给出了一套PMSM驱动控制系统硬件设计方案.详细阐述了功率驱动主电路、反馈信号检测电路以及供电电路的设计,介绍了主要元器件选型和参数计算方法.基于设计的硬件平台,对PMSM调速控制系统进行了测试.试验结果表明,所设计的控制系统硬件设计可靠、性能稳定、控制精度高.%Based on the controlled object of small power permanent magnet synchronous motor (PMSM),combined with the main features of digital signal processor TMS320F2812,an overall hardware design scheme had been put forward for the PMSM drive control system.Design of the power driven main circuit had illustrated,signal detection circuit and power supply circuit in detail,meanwhile introduced the main components selection and parameters calculation method.Based on the designed hardware platform,the control system of PMSM had been performed a functional test.Experimental results showed that the hareware design of control system had good reliability with stable performance and high control precision.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)012【总页数】7页(P19-24,80)【关键词】永磁同步电机;功率驱动主电路;信号检测电路【作者】胡宇;张兴华【作者单位】南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京211816;南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因其体积小、损耗低、功率密度高和效率高等优点，在机械制造、工业控制、航空航天等领域得到广泛应用[1]。
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的交流永磁同步直线电机矢量控制系统设计
基于DSP的交流永磁同步直线电机矢量控制系统设计
于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、
对磁体的作用力或力矩皆源于此。
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中直接产生的，可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度和快速响应速度[1]。
目前，美国、日本、德国、瑞士等是直线直接驱动系统研究水平相对较高的国家，Siemens、Kollmorgen 等公司的产品已经商品化[2]。
国内对直线电机的研究开发非常重视，很多科研院所都开展了实验研究，但没有实现产业化。
本文
是在我系研制的交流永磁同步直线电机基础上进行基于矢量变换控制的驱动系
统设计应用。
2. 交流永磁同步直线电机工作原理
直线电机的工作原理上相当于沿径向展开后的旋转电机。
交流永磁同步直线电机通入三相交流电流后，会在气隙中产生磁场磁场
电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。
由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运
动电荷或变化电场产生的。
磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。
，若不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布。
行波磁场与次级相互作用产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动。
图1 所示为开发设计的交流永磁同步直线电机。
3. 永磁同步直线电机矢量控制原理
由于矢量控制动态响应快，相比较标量控制，在很快的时间内就能达到。
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永磁同步电机控制解读
3.1 系统硬件总体设计........................................................ 31 3.2 主控芯片 DSP2812 的基本特征 .................................. 32 3.3 DSP 外设介绍 ................................................................ 33 3.4 主电路模块设计............................................................. 37
3.4. 1 整流滤波电路的设计............................................................................37 3.4.2 逆变电路的设计.....................................................................................38 3.4.3 测速电路的设计.....................................................................................39 3.4.4 通信接口电路设计..................................................................................40 图 3-2 SCI 接口电路图 .................................................................................40 3.4.5 最小系统电路..........................................................................................41
基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计分析
基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计分析摘要】永磁同步电机设备中的矢量控制技术系统具备控制精确度高，动态技术性能表现状态良好，调速功能覆盖范围大等特点，能够实现对目前常用的各类控制技术系统的有效替代，基于DSP组件运用背景下开展永磁同步电机控制技术系统的硬件部分设计工作，能支持永磁同步电机设备各项基本技术性能的稳定充分发挥。
【关键词】DSP；永磁同步电机；控制系统；硬件设计；研究分析永磁同步电机设备具备体积小、内部技术结构简单、运行功率因数较高等实用性特点。
最近几年以来，伴随着电机控制技术、电力电子技术相关理论，以及计算机控制技术的快速发展，永磁同步电机设备逐步获取了在各类控制技术系统之中的广泛引入运用，为我国人工智能机器人事业，航空航天事业，以及数控精密加工事业的快速优质有序发展，做出了重要贡献。
一、控制技术系统的总体性硬件设计思路本套硬件技术系统选择TMS320F28335DSP技术组件充当其控制核心，借由与类型多样的外围性扩展技术组件实施相互结合，共同建构形成了具备全面完善的技术功能，以及驱动控制流程相对简单的PMSM驱动控制技术系统，其基本的技术性组成结构示意图参见如图1。
通过解读分析图1中列示的相关信息，可以知道，本技术系统中的硬件主要借由如下部分共同构成：DSP组件的主控技术单元、PMSM组件、速度参数与位置检测电路结构、主功率部分和驱动电路结构、电流检测电路结构，以及保护性电路结构。
主电路结构部分，经由IR2106技术组件和运用6支P-MOSFET管IRF540N技术组件构建的三相逆变桥技术结构共同构成，其本身借由霍尔传感器技术组件和光电编码器技术组件实时精确地测定获取转子结构的运行速度参数，以及空间位置参数的反馈信号；与此同时，还要运用霍尔传感器技术组件实时性地测定和获取电机设备运行使用过程中的电流参数测定反馈信号。
电源技术模块发挥的主要功能，在于为控制系统的运行过程提供电压。
基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计
【118】 第41卷 第9期 2019-09收稿日期：2018-08-25作者简介：李琛（1993 -），男，山东济宁人，硕士，研究方向为机器人控制系统设计。
基于DSP 的永磁同步电机控制系统硬件设计Hardware design of permanent magnetsynchronous motor control system based on DSP李 琛，潘松峰 LI Chen, PAN Song-feng（青岛大学 自动化与电气工程学院，青岛 266071）摘 要：对以TMS320F28335为控制核心的永磁同步电机的控制系统的硬件电路进行设计。
对系统的DSP主控单元、PMSM、速度和位置检测电路、主功率部分和驱动电路、电流检测电路以及保护电路的设计进行了详细的介绍。
本系统所设计的硬件电路的可靠性、抗干扰性都比较好。
关键词：TMS320F28335；永磁同步电机；硬件电路设计 中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2019)09-0118-030 引言永磁同步电机拥有许多实用性的特点，比如它有比较小的体积、相对于其它电机有比较简单的结构、而且还有比较高的功率因数。
如今其他领域的相关技术在飞速的发展，比如电机控制技术、电力电子的相关理论、计算机的运用等的进步与发展，使得永磁同步电机在控制系统中的运用得到了更深入的发展。
永磁同步电机已经应用到机器人、航空航天、数控加工等更加广阔的 领域[1,2]。
目前，在伺服驱动的研究中，永磁同步电机正逐渐的替代了步进电机与直流电机的位置，获得了更多的使用。
永磁同步电机的矢量控制系统的控制效果比其它控制系统精度更高、动态性能更好、调速范围更大。
因此，为达到更好的控制效果，数字控制的交流永磁同步电机调速系统得到了广泛使用。
TI 生产的F28335x 系列DSP 芯片计算能力非常强，并且配备有浮点处理的单元以及很强大的外设功能，是一类专门设计用来控制电机的处理芯片。
基于DSP的永磁同步电机伺服控制模块设计
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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的永磁同步电机控制系统硬件设计分析
发表时间：2019-12-16T13:35:56.457Z 来源：《工程管理前沿》2019年第21期作者：王兴伟陈芳兰呼夏苗[导读] 永磁同步电机设备中的矢量控制技术系统具备控制精确度高，动态技术性能表现状态良好，调速功能覆盖范围大等特点【摘要】永磁同步电机设备中的矢量控制技术系统具备控制精确度高，动态技术性能表现状态良好，调速功能覆盖范围大等特点，能够实现对目前常用的各类控制技术系统的有效替代，基于DSP组件运用背景下开展永磁同步电机控制技术系统的硬件部分设计工作，能支持永磁同步电机设备各项基本技术性能的稳定充分发挥。
【关键词】DSP；永磁同步电机；控制系统；硬件设计；研究分析
永磁同步电机设备具备体积小、内部技术结构简单、运行功率因数较高等实用性特点。
最近几年以来，伴随着电机控制技术、电力电子技术相关理论，以及计算机控制技术的快速发展，永磁同步电机设备逐步获取了在各类控制技术系统之中的广泛引入运用，为我国人工智能机器人事业，航空航天事业，以及数控精密加工事业的快速优质有序发展，做出了重要贡献。
一、控制技术系统的总体性硬件设计思路
本套硬件技术系统选择TMS320F28335DSP技术组件充当其控制核心，借由与类型多样的外围性扩展技术组件实施相互结合，共同建构形成了具备全面完善的技术功能，以及驱动控制流程相对简单的PMSM驱动控制技术系统，其基本的技术性组成结构示意图参见如图1。
通过解读分析图1中列示的相关信息，可以知道，本技术系统中的硬件主要借由如下部分共同构成：DSP组件的主控技术单元、PMSM 组件、速度参数与位置检测电路结构、主功率部分和驱动电路结构、电流检测电路结构，以及保护性电路结构。
主电路结构部分，经由IR2106技术组件和运用6支P-MOSFET管IRF540N技术组件构建的三相逆变桥技术结构共同构成，其本身借由霍尔传感器技术组件和光电编码器技术组件实时精确地测定获取转子结构的运行速度参数，以及空间位置参数的反馈信号；与此同时，还要运用霍尔传感器技术组件实时性地测定和获取电机设备运行使用过程中的电流参数测定反馈信号。
电源技术模块发挥的主要功能，在于为控制系统的运行过程提供电压。
DSP技术组件作为控制电路结构中的核心组成部分，能针对实际采集获取的永磁同步电机设备的运行状态信号展开处理，继而通过输出SVPWM技术信号，针对逆变器技术组件在具体运行过程中形成的输出结果加以控制干预。
本系统中的DSP技术组件选择安装的是TMS320F28335，是一款经由TI公司设计并且生产制造的优质产品，其在实际使用过程中，能够广泛性地支持和满足永磁同步电机设备运行使用过程中的各项技术控制需求。
TMS320F28335组件的内部配置有性能良好的DSP内核芯片，同时在外部广泛地设置了种类多样的微控制器技术单元，并且借由对本身配置的浮点运算单元的运用，能够有效缩减相关工作人员承担的基本任务量，确保控制算法程序编写工作开展过程中能够获取到更高效能。
28335DSP技术组件正常运行过程中的技术参数信息与信号信息处理能力高达150MHz，本身拥有32位浮点处理技术单元，6个独立设置的DMA通道结构能有效支持ADC程序、McBSP程序，以及EMIF程序。
28335DSP技术组件的功能正处于持续优化的过程之中，能够实现对永磁同步电机设备运行过程中控制技术功能，以及嵌入式系统控制技术功能相关需求的充分支持和满足。
二、主电路结构。