永磁電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　本章介紹了本文所論述問(wèn)題的提出和研究的意義，隨后又介紹永磁電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀。</p><p>　　1.1問(wèn)題的提出和意義</p><p>　　目前為止，中國(guó)能源消耗是美國(guó)的4倍多。中國(guó)的能耗問(wèn)題已經(jīng)非常突出。本文研究?jī)?nèi)容是以工程項(xiàng)目“通用永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器”的開(kāi)

2、發(fā)為背景。由該驅(qū)動(dòng)器加上永磁同步電動(dòng)機(jī)一起組成的調(diào)速系統(tǒng)能夠在一些場(chǎng)合中取代由交流異步電動(dòng)機(jī)和通用變頻器組成的調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量

3、，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡(jiǎn)單的說(shuō)，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的高性能調(diào)速。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。調(diào)速控制系統(tǒng)通常由以下三大部分組成：控制部分、功率部分和電動(dòng)機(jī)。目前基本上存在以下三大類的調(diào)速系統(tǒng)，直流&l

4、t;/p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電源供給的結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，在相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期內(nèi)占據(jù)了拖動(dòng)的主要地位，雖然有這么多優(yōu)點(diǎn)但是也有很多缺點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)上有很多的缺陷。電刷和換向器在電機(jī)結(jié)構(gòu)上是接觸的，在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生機(jī)械上的摩擦，這樣就容易損壞，不但如此還容易打火產(chǎn)生火花，這樣一來(lái)就使直流電動(dòng)機(jī)的可靠度變的很差、能正常使用的時(shí)間也很短、后期的使用過(guò)程中就要經(jīng)常維修，導(dǎo)致了額外的工作量。</p><

5、;p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)部件不多，而且沒(méi)有那種摩擦件。不但運(yùn)行的時(shí)候非常穩(wěn)定而且可以用很長(zhǎng)時(shí)間都不出問(wèn)題，轉(zhuǎn)動(dòng)的效率也非常高，在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候響應(yīng)也非?？?。不過(guò)異步電動(dòng)機(jī)也有一些缺點(diǎn)，功因很低，特別是負(fù)載比較小的時(shí)候功因和效率特別低，電網(wǎng)損耗會(huì)增加，線路損耗也會(huì)增加。</p><p>　　和異步電動(dòng)機(jī)來(lái)比較的話，永磁同步電動(dòng)機(jī)就有著非常多它們沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，首先從體積上看占空間比較小、功率和密度的比值非常高、效率和

6、功因也非常高?？墒窃谥暗耐蟿?dòng)系統(tǒng)中，一般都用直流電機(jī)或者感應(yīng)電機(jī)，原因主要是因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)在當(dāng)時(shí)不能夠在沒(méi)有改變頻率的電源下轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，若要想自行的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)就需要有能改變頻率的電源，而能改變頻率的電源在之前是很難弄到的裝備。但是，隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷前進(jìn)，永磁同步電動(dòng)機(jī)才慢慢開(kāi)始被使用。所以研究永磁同步電動(dòng)機(jī)如何控制，尋找能提升系統(tǒng)性能的策略，是一件非常有意義的事情。</p><p>　　1.2永磁同步電動(dòng)機(jī)控制

7、系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　在之前絕大多數(shù)工控上的裝備，家電裝備及商用裝備上的傳動(dòng)裝備通常都被做成轉(zhuǎn)速不變的方式運(yùn)行。如果傳動(dòng)裝備能夠改變轉(zhuǎn)速運(yùn)行是能夠使其控制性能變好的。近來(lái)，電氣傳動(dòng)的改革比較大，其原因有以下兩點(diǎn)：(1)隨著器件的發(fā)展，使傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)變速，而且花銷(xiāo)也在不斷變少；(2)隨著對(duì)以后用電成本的關(guān)心不斷的變大，能改變速度的傳動(dòng)裝備慢慢的被用在新近開(kāi)發(fā)的裝備和現(xiàn)有的裝備改善上面。</p&

8、gt;<p>　　1.2.1交流永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　交流永磁電動(dòng)機(jī)是一種具有很多優(yōu)勢(shì)的裝置，特別是迎合了現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。永久性的磁鐵能夠自己產(chǎn)生磁通，這樣永磁同步電動(dòng)機(jī)就可以做的非常大效率，人們?cè)絹?lái)越看重高效率這一優(yōu)勢(shì)。另一方面，永久性磁鐵適當(dāng)?shù)膽?yīng)用能夠帶來(lái)比較小的損耗。</p><p>　　1.2.2交流永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展</p&g

9、t;<p>　　永磁同步電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)是兩種不同的發(fā)展線路結(jié)合產(chǎn)生的結(jié)果。其中一條線路是帶轉(zhuǎn)子鼠籠式繞組的永磁電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，其能夠直接啟動(dòng)，這種電機(jī)設(shè)計(jì)的目的是為了能夠直接用公用電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　第二條發(fā)展線路就是永磁伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，帶勵(lì)磁式繞組就被逐漸取代。最后就出現(xiàn)了無(wú)轉(zhuǎn)子鼠籠式的永磁同步電動(dòng)機(jī)，它與頻率能夠變化和電壓也能變化的逆變器一起就能夠做出高性能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。</p

10、><p>　　1.2.3交流永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><p>　　從70年代開(kāi)始，人們不斷的學(xué)習(xí)永磁交流運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而且已經(jīng)具有非常高穩(wěn)態(tài)質(zhì)量，非常大的轉(zhuǎn)速比，非常短的過(guò)渡過(guò)程等這些優(yōu)點(diǎn)，其過(guò)渡時(shí)的性能和平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的性能已經(jīng)能和直流隨動(dòng)系統(tǒng)非常接近。</p><p>　　1.3永磁同步電動(dòng)機(jī)概述</p><p>　　經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和改造線繞式

11、同步電機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)逐漸別人們認(rèn)識(shí)。它不用電進(jìn)行勵(lì)磁而是利用永磁型材料，這樣就可以不需要?jiǎng)?lì)磁線圈、滑環(huán)與電刷，它的定子上的電流基本上與線繞式的一樣。</p><p>　　1.3.1永磁同步電動(dòng)機(jī)的種類</p><p>　　交流同步電動(dòng)機(jī)的種類很多。就轉(zhuǎn)子的構(gòu)造來(lái)看，永磁同步電動(dòng)機(jī)能夠分為，表面貼裝式的永磁同步電動(dòng)機(jī)(SPM)與內(nèi)埋式的永磁同步電動(dòng)機(jī)(IPM)兩種型式。</p>

12、;<p>　　圖1-1 PMSM切面圖</p><p>　　1.3.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　本課題所選用電動(dòng)機(jī)是表面貼裝式的永磁同步電動(dòng)機(jī)，在之后的章節(jié)中將對(duì)其控制策略，控制系統(tǒng)構(gòu)成以及如何提高系統(tǒng)性能作詳細(xì)的分析和介紹，本小節(jié)先簡(jiǎn)單介紹永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)主要有：</b>&

13、lt;/p><p>　?、俳Y(jié)構(gòu)多樣，應(yīng)用廣，可靠性高。</p><p><b>　?、谥亓枯p，體積小。</b></p><p><b>　?、酃σ蚋撸矢?。</b></p><p>　　④紋波小，轉(zhuǎn)速平滑，過(guò)渡過(guò)程快速精確，帶載能力強(qiáng)。</p><p>　　2 永磁同步電動(dòng)機(jī)控

14、制系統(tǒng)控制策略分析</p><p>　　2.1永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示，永磁同步電動(dòng)機(jī)在緒論中已作了詳細(xì)的介紹，下面主要介紹其它幾個(gè)部分：</p><p>　?。?）速度和位置傳感器</p><p>　　本系統(tǒng)的控制上有速度

15、環(huán)控制，既然有速度環(huán)，就需要有速度反饋，速度反饋就需要去對(duì)電機(jī)的速度信號(hào)進(jìn)行采樣。從而為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)的速度，通常都在電動(dòng)機(jī)的軸上裝上采樣速度信號(hào)的傳感器；但是永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制還需要知道轉(zhuǎn)子具體在什么地方，也就是要知道角度才能去做矢量控制的計(jì)算。從而就需要有采樣位置的傳感器。當(dāng)然在實(shí)際做的時(shí)候，只需要用一種傳感器就可以得到速度的信號(hào)和位置的信號(hào)。知道了速度的信號(hào)和位置的信號(hào)后就可以按照矢量控制的方式去處理了。永磁同步電動(dòng)機(jī)要旋

16、轉(zhuǎn)起來(lái)必須要知道轉(zhuǎn)子所在的位置，知道了位置才能通過(guò)矢量去合成在該位置所需要的電壓信號(hào)。而且速度信號(hào)的正確性也非常重要，因?yàn)樵撔盘?hào)是作為反饋信號(hào)去做閉環(huán)控制的，如果該反饋信號(hào)不準(zhǔn)確的話，也會(huì)導(dǎo)致控制上出現(xiàn)偏差。所以速度信號(hào)和位置信號(hào)的采集是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在選擇傳感器時(shí)就要非常注意，要根據(jù)需要選擇合適的傳感器。選擇好傳感器后下一個(gè)問(wèn)題就是安裝的問(wèn)題了，安裝傳感器同樣也是很麻煩的。這個(gè)問(wèn)題要從機(jī)械和電機(jī)兩個(gè)方面去考慮，安裝的好壞同樣會(huì)影

17、響控制的好壞，安裝好后在以后的長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中不能出現(xiàn)安裝上的故障。如果出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致控制上失敗，</p><p><b>　?。?）功率驅(qū)動(dòng)單元</b></p><p>　　功率驅(qū)動(dòng)單元就是要提供給電機(jī)能量，而輸入的是市電，在市電進(jìn)來(lái)后就要經(jīng)過(guò)整流單元模塊把交流電先整成直流，再把整成的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)逆變單元模塊，把直流信號(hào)逆變成電動(dòng)機(jī)所需要的交流信號(hào)。這個(gè)控制過(guò)程由

18、驅(qū)動(dòng)控制單元模塊和保護(hù)單元模塊完成的?？刂贫嗽杉姍C(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)和速度信號(hào)然后根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)去驅(qū)動(dòng)逆變橋。而使逆變橋產(chǎn)生此時(shí)維持電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，這中間的過(guò)程是很復(fù)雜的，電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)遇到各種不能想到的情況，控制單元就要做出各種不同的反應(yīng)去處理這些問(wèn)題。整流單元模塊通常采用的是全橋不控整流這種形式。對(duì)于功率不大的的傳動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，逆變部分模塊一般不采用分離器件作為逆變器件而采用智能功率模塊(IPM)。</p

19、><p><b>　?。?）控制單元</b></p><p>　　控制單元模塊在整個(gè)控制系統(tǒng)中占據(jù)的地位是非常核心的，硬件部分做的再好，如果控制部分做的不好也沒(méi)用?？刂茊卧K要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，然后根據(jù)采集的信號(hào)進(jìn)行速度的控制和電流的控制。速度主要是采用恒速控制，也就是根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速與反饋的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較后作出控制。而電流的控制主要是為了限制電流，就是在啟動(dòng)或者過(guò)載的時(shí)候不

20、讓電流信號(hào)變的太大而產(chǎn)生對(duì)器件和電機(jī)不好的影響。速度控制直接影響到系統(tǒng)性能的好壞，速度控制不好的話那整個(gè)系統(tǒng)就沒(méi)法使用，而電流的控制則是起到一些增強(qiáng)系統(tǒng)性能的作用同時(shí)也起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。速度的控制都是采用比例積分的控制。這樣不僅使系統(tǒng)具有快速的跟隨給定轉(zhuǎn)速而且也能在電機(jī)平穩(wěn)時(shí)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，也就是不要產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。</p><p>　　電流控制通常也是采用比例積分的控制，也是要求具有非常高的隨動(dòng)性，使之能夠滿

21、足對(duì)電流瞬時(shí)值快速的控制。</p><p>　　2.2永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　矢量控制最初由德國(guó)的KHasse博士在1968年提出來(lái)，德國(guó)西門(mén)子公司的F.Blaschke，在 1971年將此概念研究成系統(tǒng)的控制理論。矢量控制的提出使電動(dòng)機(jī)的控制產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，使電動(dòng)機(jī)的控制動(dòng)態(tài)性能得到了極大的提高。矢量控制的出發(fā)點(diǎn)是參照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)，以磁場(chǎng)矢量的

22、方向作為坐標(biāo)軸的基準(zhǔn)方向采用坐標(biāo)變換的方法實(shí)現(xiàn)解藕交流電動(dòng)機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)矩。經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展研究，在廣大學(xué)者和工程技術(shù)人員的不斷改進(jìn)和完善下，形成了現(xiàn)已普遍應(yīng)用的矢量控制伺服系統(tǒng)。</p><p>　　矢量控制的主要特點(diǎn)是:通過(guò)矢量變換的方法重構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在同步旋轉(zhuǎn)的參考軸系內(nèi)，將交變的定子電流變換為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量在空間上相互垂直的兩個(gè)直流分量。對(duì)兩個(gè)分量進(jìn)行解禍控制，就能

23、實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩的分別控制。</p><p>　　圖2.2給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)模型。A、B、C為定子三相繞組，在空間上它們相差120°。將軸放在轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，建立跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，從而就能夠確定數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　在永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制中，最常用的電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型是軸數(shù)學(xué)模型，它可以很好的分析電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能和瞬態(tài)性能

24、，在軸同步旋轉(zhuǎn)軸系下，將定子繞組的自感、互感系數(shù)由時(shí)變系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｏ禂?shù)，對(duì)、軸繞組實(shí)現(xiàn)解藕，則能獲得良好的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制性能。</p><p><b>　　2.2.1坐標(biāo)變換</b></p><p>　　(1)三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換</p><p>　　從三相靜止ABC坐標(biāo)變換到兩相靜止坐標(biāo)系，如圖2.3所示，稱3/2變換

25、，即Clack變換。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　圖2-2 永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型圖 圖2-3 三相坐標(biāo)和兩相坐標(biāo)</p><p>　　其逆變換被稱為2/3變換，即從兩相靜止的坐標(biāo)系變換到三相靜止的ABC坐標(biāo)系，它有如下關(guān)系</p><p><b>

26、;　?。?-2）</b></p><p>　　(2)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系之間的變換</p><p><b>　　圖2-4 坐標(biāo)變換</b></p><p>　　從兩相靜止坐標(biāo)系變換成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，如圖2.4所示，被稱為交/直變換，也即Park變換。再根據(jù)功率不變的原則可以得到</p><p>&l

27、t;b>　?。?-3）</b></p><p>　　它的逆變換被稱為直/交變換，即從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系。</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　(3)三相靜止坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換</p><p>　　根據(jù)上面所說(shuō)的坐標(biāo)變換和矩陣運(yùn)算的法則，可以得到/

28、ABC變換。</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　同樣得到ABC/變換</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　上述的變換也適合于不同坐標(biāo)系下的電流和磁鏈的變換。</p><p>　　2.2.2永磁同步電動(dòng)機(jī)在三相靜

29、止坐標(biāo)系下的電壓和磁鏈方程</p><p>　　當(dāng)在定子中加入三相電時(shí)，由電磁感應(yīng)定律就可以得到定子磁鏈，定子電壓和轉(zhuǎn)子耦合磁鏈的關(guān)系式為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b&g

30、t;</p><p>　　2.2.3永磁同步電動(dòng)機(jī)在坐標(biāo)系下的電壓和磁鏈方程</p><p>　　將方程式(2-1)式(2-3)式(2-5)代入方程式(2-7)和式(2-8)中化簡(jiǎn)，能夠得到在坐標(biāo)系下的電壓方程為</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　磁鏈方程為</

31、b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　2.2.4永磁同步電動(dòng)機(jī)在坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩方程</p><p>　　根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，電磁轉(zhuǎn)矩就可以表示成</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　其中是極對(duì)數(shù)；是磁鏈

32、空間矢量；是電流空間矢量。若用坐標(biāo)軸表示，則有</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　將方程式(2-13)代入方程式(2-12)中可得</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　將方程式(2-11)代入方程式(2-14)中可得到</p

33、><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　從上式可以得到，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)呛愣ú蛔兊模姶呸D(zhuǎn)矩的大小就是由定子的直軸的電流分量和交軸的電流分量來(lái)決定，因此通過(guò)對(duì)電流和的控制，就能夠?qū)﹄姶呸D(zhuǎn)矩直接進(jìn)行控制。對(duì)于凸極的永磁同步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)橹陛S磁路上存在著永磁體，所以<，電機(jī)存在著磁阻轉(zhuǎn)矩；對(duì)于隱極式的同步電動(dòng)機(jī)， =，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩是</p&g

34、t;<p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　由上式可以看出，通過(guò)對(duì)定子電流的控制，就能夠控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2.2.5永磁同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程</p><p><b>　　機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方程為</b></p><p><b>　　(2

35、-17)</b></p><p>　　2.3永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制策略</p><p>　　在永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁動(dòng)勢(shì)之間的空間角度是不固定的，它是隨著負(fù)載的變化而變化的，只有對(duì)對(duì)定子電流進(jìn)行合理的控制，才能保持轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁動(dòng)勢(shì)之間的空間角度的固定以利于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。</p><p>　　矢量控制是使定子正

36、弦磁動(dòng)勢(shì)波與永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交，實(shí)現(xiàn)直軸和交軸的解禍控制；矢量控制就是控制定子電流空間矢量相位和幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的定向控制。矢量控制的主要特點(diǎn)是：通過(guò)矢量變換的方法重構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在同步旋轉(zhuǎn)的參考軸系內(nèi)，將交變的定子電流變換為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量在空間上相互垂直的兩個(gè)直流分量。對(duì)兩個(gè)分量進(jìn)行解藕控制，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)和電磁轉(zhuǎn)矩的分別控制。</p><p>　　根據(jù)調(diào)速范

37、圍和控制性能，矢量控制策略一般可以分為：=0控制，=1控制，恒磁鏈的控制，最大轉(zhuǎn)矩/電流的控制，弱磁控制，最大輸出功率的控制等。不同的控制方法有其不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如=0控制非常簡(jiǎn)單，=1控制能夠使逆變器的容量減小很多，恒磁鏈的控制能夠使電動(dòng)機(jī)的最大的輸出的轉(zhuǎn)矩增大。在本套系統(tǒng)中采用的是=0控制；下面重點(diǎn)分析一下=0控制。</p><p>　　=0控制，從電動(dòng)機(jī)的端口的方向來(lái)看，和他勵(lì)的直流電動(dòng)機(jī)是一樣的，所以按

38、照轉(zhuǎn)子磁鏈定向和=0，反電勢(shì)是正弦波的永磁電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的定子電流獨(dú)立于與轉(zhuǎn)子永磁磁通，也就是它們之間是相互獨(dú)立，也稱為解耦。這樣就使得控制系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，而且轉(zhuǎn)矩的控制特性也非常好，還有一點(diǎn)就是能夠獲得非常大的調(diào)速比。</p><p>　　當(dāng)然這種控制系統(tǒng)也有一些缺點(diǎn)：1．當(dāng)外面接的負(fù)載變的很大時(shí)，定子上所需要的電流也要不斷增大，只有這樣才能帶動(dòng)負(fù)載。又因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)也會(huì)對(duì)它造成一些影響，這樣就會(huì)使得定子上的電壓

39、升到很高。供給電機(jī)定子上的電壓的電源就需要很高的電壓，為了得到這么高的電壓，電控裝置就要有足夠大的的容量才能滿足需要。2．當(dāng)外面的負(fù)載變的很大時(shí)還有一個(gè)問(wèn)題，電抗上的壓降會(huì)非常大，這樣就會(huì)造成功因變低。由于上述這些問(wèn)題，只能夠用在容量不大的場(chǎng)合。如果用在大容量的系統(tǒng)中，就沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)了。</p><p>　　因?yàn)橛谰么朋w充好磁后，其能夠產(chǎn)生的磁鏈基本上恒定不變，所以運(yùn)用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制，將兩相的同步旋轉(zhuǎn)的

40、坐標(biāo)系的軸放在轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，軸選擇在逆時(shí)針?lè)较蛏铣拜S90度。然后再采用直軸電樞的電流=0的控制策略，此時(shí)定子電流中就只有交軸分量了，而且定子上的磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量正交于轉(zhuǎn)子上的永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)空間的矢量，定子電流就只有產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量了，電壓方程就可以簡(jiǎn)化為</p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩方程式（2-15）可以簡(jiǎn)化為&l

41、t;/p><p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)控制時(shí)，如果用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的控制方式，轉(zhuǎn)矩正比于定子電流的轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子的磁鏈也正比于定子電流的轉(zhuǎn)矩分量，且和相互之間可以分開(kāi)進(jìn)行控制而不受到交叉影響，這樣做之后就不需要考慮轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，而只要考慮定子上的電流，只要能夠控制好電流從而就可以控制轉(zhuǎn)矩了。</p><

42、;p>　　永久磁鐵產(chǎn)生的磁鏈的幅值一般是不變化的（除了溫度或其它的影響外），此時(shí)轉(zhuǎn)矩就只由定子電流的轉(zhuǎn)矩分量決定，這樣，永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制就能夠獲得跟直流電動(dòng)機(jī)差不多的性能。另外，若能夠在永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使得=0，那么轉(zhuǎn)矩就只受到定子電流軸分量的影響，如果要轉(zhuǎn)矩恒定不變的話，定子上需要的電流也能使之最小，從而能夠使銅耗大大地降低，效率大大的提高了。這種控制策略不但算法非常簡(jiǎn)單，控制起來(lái)也非常靈活。</p>

43、;<p>　　2.4永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制環(huán)路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析</p><p>　　若忽略電樞反應(yīng)的影響，考慮到關(guān)系式，由式(2-22)的第二式寫(xiě)成</p><p><b>　　(2-24)</b></p><p>　　令其中，對(duì)式(2-24)兩

44、邊進(jìn)行Laplace變換，整理后就能夠得到電樞軸軸繞組的電壓和電流的傳遞函數(shù)的關(guān)系式</p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　將電磁轉(zhuǎn)矩方程式(2-23)代到機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式中(2-21)，得到</p><p><b>　　(2-26)</b></p><p>　　令其中

45、的，同時(shí)先不把電機(jī)軸上的黏滯摩擦系數(shù)B的影響考慮進(jìn)來(lái)，對(duì)式(2-26)兩邊進(jìn)行Laplace變換，整理后就能夠得到傳遞函數(shù)</p><p><b>　　(2-27)</b></p><p>　　根據(jù)上面式（2-25）和（2-27），就能夠得到解耦后的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的框圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖2-5 解耦后永磁同步電機(jī)的模型的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

46、框圖</p><p>　　在圖2-5中加入速度和電流各環(huán)路的調(diào)節(jié)器模塊，就能夠得到調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 永磁同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其中，是反電勢(shì)系數(shù)，是轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電流反饋系數(shù)，是速度反饋系數(shù)。</p><p>　　2.4.2基于PI控制的電流環(huán)的設(shè)計(jì)</p&g

47、t;<p>　　在設(shè)計(jì)電流環(huán)的時(shí)候，首先會(huì)遇到的問(wèn)題就是反電動(dòng)勢(shì)的影響，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生的交叉反饋的作用，而且這種交叉反饋會(huì)影響控制器的結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，控制參數(shù)不變化的話，控制性能就會(huì)受到影響。在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于電磁時(shí)間常數(shù)一般很小，相比機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小很多。一般情況下，電流的變化比較快，控制之后也容易很快的變化。而速度就不一樣，加上控制信號(hào)之后速度還要一個(gè)過(guò)程才能變化過(guò)來(lái)。所以電流控制的時(shí)間要比速度控制時(shí)間小很多。

48、假定。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)的時(shí)，就能夠先不用把由反電勢(shì)變化產(chǎn)生的影響考慮進(jìn)來(lái)，而是把電勢(shì)反饋去掉，這樣就能夠使電流環(huán)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，如圖2.7所示。其中，電流環(huán)的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)是</p><p><b>　　(2-28)</b></p><p>　　圖2-7 簡(jiǎn)化后結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，為了使電流環(huán)能夠整定為典

49、型的I型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)該采用積分調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　(2-29)</b></p><p>　　式中——電流調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)</p><p>　　圖2-8 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　加入電流調(diào)節(jié)器后，電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2.8所示，其中。此時(shí)，電流環(huán)就被校正成了二階系統(tǒng)，為了使電流環(huán)

50、快速的響應(yīng)，超調(diào)小，按要求，可以取阻尼系數(shù)，超調(diào)量，，因此有</p><p><b>　　(2-30)</b></p><p>　　由此能夠得出電流調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)</p><p><b>　　(2-31)</b></p><p>　　2.4.3基于PI控制的速度環(huán)的設(shè)計(jì)</p>

51、<p>　　經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器校正后，電流環(huán)就變成了典型的1型系統(tǒng)，是速度環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)樗俣拳h(huán)的穿越角頻率比較低，電流閉環(huán)就能夠近似成一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)。于是，就得到了電流環(huán)的閉環(huán)的傳遞函數(shù)</p><p><b>　　(2-32)</b></p><p>　　其近似條件為，令則，</p><p><b>　　(2-33)&

52、lt;/b></p><p>　　經(jīng)過(guò)近似處理后，速度環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2-9所示</p><p>　　圖2-9 速度環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　則速度環(huán)的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(2-34)</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有靜差，具有比較好的抗

53、擾能力，將速度環(huán)校正后使之成為典型的II型系統(tǒng)，故速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p><b>　　(2-35)</b></p><p>　　校正后的速度的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(2-36)</b></p><p>　　式中，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益。校正后的轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2

54、.10所示。</p><p>　　圖2-10 校正后轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　一般中頻的寬度h在5或者6時(shí)，II型系統(tǒng)通常具有比較好的跟隨性能和抗擾性能。根據(jù)調(diào)節(jié)器的工程的設(shè)計(jì)的方法，用中頻寬h=5來(lái)設(shè)計(jì)速度的調(diào)節(jié)器，就能夠得到超前的時(shí)間常數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)增益</b></p><p>

55、;<b>　　(2-37)</b></p><p>　　進(jìn)一步就能夠求出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的ASR的比例系數(shù)</p><p><b>　　(2-38)</b></p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的組成和永磁同步電動(dòng)

56、機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上介紹了矢量控制策略、基于PI控制的電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　3 永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和三相的不間斷電源，三相逆變器，通用變頻器的差不多。都是市電進(jìn)來(lái)后先把交流電整成直流電，再把直流電送到逆變裝置里進(jìn)行逆變，雖然都是實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換，但是其要達(dá)到的要求是不一樣的。在硬件結(jié)構(gòu)上都有交流

57、變直流的模塊，然后就是直流變交流的模塊，還有控制這些電能轉(zhuǎn)換的控制模塊，核心就是這個(gè)控制模塊。如果有需要的話，可能還需要一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示的顯示模塊，顯示模塊可以把系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，也可以加上按鍵來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的一些參數(shù)。下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。</p><p>　　3.1主電路硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　在整體結(jié)構(gòu)上，功率控制電路包括入端的單相整流電路，起動(dòng)電路，濾波電路，逆變電路等幾個(gè)部

58、分。逆變器采用三相全橋拓?fù)洹?lt;/p><p>　　圖3-1 主電路硬件結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　(1)接線端子排</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的接線端子上如下所示：</p><p>　　這些端口的選擇一般要根據(jù)電流的大小和安規(guī)來(lái)選擇，過(guò)電流大的要選擇腳位之間距離大的，過(guò)電流小的一般選擇腳位之間距離小

59、的，還都要符合安規(guī)的要求。電流分別是單相入端的AC1，AC2，F(xiàn)G接單相交流電源，要注意FG端外面要接電源線的大地，驅(qū)動(dòng)器PCB板上的大地要接驅(qū)動(dòng)器的外殼。三相出端U，V，W接三相電機(jī)相線，如果電機(jī)也有接地線也可以接到FG上去。母線電壓輸出，，，端子，之間通常接電感，電感能夠?qū)χ绷髂妇€電壓進(jìn)行濾波。如果不接則通常將，短接在一起使之成為回路?？稍诤椭g外接上制動(dòng)的電路，也就是通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)管和功率電阻去控制制動(dòng)的速度。當(dāng)要制動(dòng)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)管

60、的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，使電機(jī)相線上的電能通過(guò)這個(gè)回路放掉。此時(shí)就要注意選擇這個(gè)開(kāi)關(guān)管的規(guī)格以及放電電阻的規(guī)格。不然的話就容易損壞器件，放電時(shí)候的電流控制不好是非常大的。</p><p>　　(2)直流母線電路中發(fā)光二極管的顯示電路</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，功率越大的話，直流母線上的電解電容的容量就需要越大。也就是直流母線上存在很大容量的電解電容，當(dāng)輸入的電源掉電后，電解電容里的電能

61、不會(huì)立馬就消失，還會(huì)存在比較長(zhǎng)一段時(shí)間，主要是看放置在直流母線上的放電電阻的大小。放電電阻越大，放電時(shí)間越長(zhǎng)，放電電阻越小，放電時(shí)間越短。但是如果放電電阻阻值比較小的話還要考慮電阻的功率問(wèn)題。正因?yàn)殡娊怆娙堇锏碾姷綦姾蟛蝗菀追诺?，所以輸入電壓掉電后，電容里還是比較高的電壓，如果這個(gè)時(shí)候去維護(hù)功率板或者觸摸板子的話就會(huì)發(fā)生觸電的危險(xiǎn)。這樣設(shè)置這個(gè)發(fā)光二極管電路就可以指示電容里的電有沒(méi)有放完，如果放完了才可以進(jìn)行拆機(jī)動(dòng)作，如果沒(méi)放完就不能進(jìn)

62、行拆機(jī)動(dòng)作。如果電沒(méi)放完的話，去進(jìn)行拆機(jī)動(dòng)作，不僅會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危險(xiǎn)還會(huì)損壞電路板本身。除此之外還有一個(gè)好處就是也可以通過(guò)二極管的亮暗程度判斷直流母線電壓是否正常。</p><p>　　圖3-3 發(fā)光二極管顯示電路</p><p>　　在圖3-3中，通常采用幾個(gè)比較小的電阻串聯(lián)的方式，而不只采用一個(gè)比較大的電阻。</p><p>　　(3)啟動(dòng)電阻的切換電路</p

63、><p>　　控制系統(tǒng)在電源上電時(shí)，輸入的交流電源經(jīng)過(guò)整流器出來(lái)的電壓比較高，如果是交流220V的話，整流濾波出來(lái)的一般是直流310V。如果310V直流加在電容上的話，此時(shí)電容由于剛上電，電容里面沒(méi)有儲(chǔ)存電能，也不存在電壓。這樣就相當(dāng)于310V加在一個(gè)電阻值很小的器件上面，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，在情況不好的時(shí)候，有可能使電容發(fā)生損壞或者爆炸，是相當(dāng)危險(xiǎn)的事情。所以整流后的電壓一般都要先經(jīng)過(guò)大電阻對(duì)電容以較小的電流先進(jìn)

64、行充電，在充電結(jié)束以后，再用開(kāi)關(guān)切除啟動(dòng)電阻，來(lái)避免造成不必要的損耗。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于容量比較小的控制系統(tǒng)，通?？梢圆捎靡?guī)格合適的繼電器，但對(duì)于對(duì)于容量比較大的場(chǎng)合，就必須要使用規(guī)格合適的接觸器來(lái)切斷電阻。</p><p>　　3.2智能功率模塊及其使用方法</p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了集外圍電路一體的功率模塊IPM（智能功率模塊）。現(xiàn)在智能功率模塊用的越來(lái)越廣泛了，

65、一方面由于做功率器件技術(shù)越來(lái)越成熟，一方面由于現(xiàn)在有很多家做智能功率模塊的廠家，而且競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，這就導(dǎo)致智能功率模塊的價(jià)格越來(lái)越低。之前運(yùn)用的較少是因?yàn)榧夹g(shù)不成熟之外還存在價(jià)格貴的問(wèn)題，一般的裝備上還用不起。而現(xiàn)在情況發(fā)生了很大的變化，智能功率模塊已經(jīng)被用于各種各樣的逆變器系統(tǒng)，UPS系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)等。</p><p>　　3.2.1智能功率模塊的概述</p><p>　　IPM

66、把功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且最重要的是模塊里面帶欠壓，過(guò)壓，過(guò)流和過(guò)熱等電路，并能夠?qū)z測(cè)到的故障信號(hào)送到CPU或DSP作處理。即使負(fù)載異常，也能夠保證IPM自身不被損壞。</p><p>　　IPM模塊具有以下的優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1)開(kāi)關(guān)速度快。智能功率模塊里面的IGBT芯片都是采用的開(kāi)關(guān)速度很快的開(kāi)關(guān)管，而且驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)芯片離的很近，這樣驅(qū)動(dòng)延時(shí)很小，所以開(kāi)關(guān)

67、速度可以做到很快，還有一個(gè)好處就是損耗也小。</p><p>　　(2)低功耗。智能功率模塊里面的IGBT的內(nèi)阻很小，導(dǎo)通的電壓降也很小，開(kāi)關(guān)速度又很快，所以損耗可以做到很低。</p><p>　　(3)過(guò)流保護(hù)。智能功率模塊里面有個(gè)專門(mén)的電流比較的比較器，它能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)電流，如果電流過(guò)大超過(guò)設(shè)定的保護(hù)值就會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作，這樣就不容損壞模塊。</p><p>　　

68、(4)過(guò)熱保護(hù)。在非?？拷悄芄β誓K里面IGBT的管芯的地方設(shè)置了一個(gè)可以檢測(cè)溫度的傳感器，溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)管芯的溫度，只要管芯的溫度超過(guò)允許的溫度就會(huì)在內(nèi)部關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)故障信號(hào)。</p><p>　　(5)橋臂對(duì)管互鎖。在上下的兩個(gè)管子驅(qū)動(dòng)信號(hào)上形成互相鎖定，就是上管開(kāi)下管一定關(guān)，不然出現(xiàn)上下管同時(shí)開(kāi)通的情況。這樣可以保護(hù)管子不被大電流損壞，也可以防止上下直通造成損耗和電流尖峰。<

69、;/p><p>　　(6)抗干擾能力強(qiáng)。智能功率模塊采用的是優(yōu)化了方式去驅(qū)動(dòng)門(mén)級(jí)，而且驅(qū)動(dòng)信號(hào)到IGBT的驅(qū)動(dòng)級(jí)的距離很短，這樣在里面可以實(shí)現(xiàn)合理的布局，大大的可以屏蔽外面的干擾信號(hào)。</p><p>　　(7)驅(qū)動(dòng)電源的欠壓保護(hù)。智能功率模塊的驅(qū)動(dòng)電源非常重要，如果發(fā)生電壓不足的情況的話，就會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不夠，以至于管子的內(nèi)阻變大，從而導(dǎo)致功耗變大。而智能功率模塊里面集成有欠壓保護(hù)電路，可以實(shí)時(shí)

70、的檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電壓，如果驅(qū)動(dòng)電壓太低的話，就會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)起到保護(hù)系統(tǒng)的目的。</p><p>　　3.2.2智能功率模塊的使用方法</p><p>　　IPM的輸入通常采用光耦隔離，驅(qū)動(dòng)電路性能常常受到光耦的開(kāi)關(guān)速度的影響。一般在做逆變驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，都要加上死區(qū)時(shí)間，死區(qū)時(shí)間太長(zhǎng)太短都會(huì)影響控制的性能。所以設(shè)置死區(qū)時(shí)間就要慎重考慮，一般要注意IPM器件的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的延時(shí)和光耦的傳輸產(chǎn)生的延

71、時(shí)。一般低速的光耦器件的傳輸延遲的時(shí)間的典型值是2us，最大值是9us，這就要比IPM的開(kāi)關(guān)時(shí)間高出很多，系統(tǒng)的控制性能會(huì)變的不好，最壞的情況下還會(huì)損壞IPM器件。</p><p>　　故障信號(hào)需要送到DSP的控制部分做相應(yīng)的處理，所以也需要隔離。故障信號(hào)的隔離就不需要用傳輸速度很快的光耦，只需要用普通速度的光耦就可以了。</p><p>　　3.3基于DSP的電路設(shè)計(jì)</p>

72、<p>　　控制電路DSP芯片的外圍電路通常是根據(jù)系統(tǒng)需要而設(shè)計(jì)的。一般DSP具有很多種功能接口，譬如專門(mén)針對(duì)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的PWM功能口和QEP功能口，還有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能口，通信功能口和普通的IO口。模數(shù)轉(zhuǎn)換功能口主要用來(lái)進(jìn)行模擬量的采集，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中就是采集直流母線電壓，直流母線電流，速度給定電壓，相電流等等。PWM功能口就是實(shí)現(xiàn)三相橋的PWM的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。QEP功能口主要是實(shí)現(xiàn)編碼器信號(hào)的采集工作，由此能得到轉(zhuǎn)速信號(hào)和轉(zhuǎn)子

73、的位置信號(hào)。通信功能口就是實(shí)現(xiàn)跟外界的交換數(shù)據(jù)的通信功能。單片機(jī)與DSP之間采用SPI通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。控制系統(tǒng)的在硬件結(jié)構(gòu)上以DSP為核心。</p><p>　　3.3.1 DSP MC56F8323</p><p>　　應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的微控器，必須價(jià)格便宜、很強(qiáng)的運(yùn)算能力、完備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口。一般的MCU如Intel 8051,Microchip Pic16f73等，已廣泛應(yīng)用

74、于工業(yè)控制領(lǐng)域，但應(yīng)用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，則有運(yùn)算能力不夠等缺點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,DSP)的設(shè)計(jì)主要是以數(shù)字的計(jì)算進(jìn)行信號(hào)的處理，因而具有強(qiáng)大的數(shù)值處理的能力，主要應(yīng)用在繪圖、量測(cè)、圖像、語(yǔ)音、控制通訊等領(lǐng)域。近年來(lái)，由于半導(dǎo)體技術(shù)與微電子的超速發(fā)展，以及未來(lái)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的廣闊市場(chǎng)的需求，已有很多家半導(dǎo)體公司研制了專門(mén)應(yīng)用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的專用的DSP芯片。

75、如下所示主要的公司及其型號(hào):</p><p>　　Texas Instrument--TMS320F240X/28XX</p><p>　　Microchip--dsPIC30F/33F</p><p>　　Freescale--MC56F8000/8100/8300</p><p>　　圖3-4 基于DSP的主控電路結(jié)構(gòu)</p>

76、<p>　　在以56800E為核心的DSP家族中，比較適合于電機(jī)控制和電源控制的有56F8000系列DSP和56F8300系列DSP，其中56F8000系列DSP適用于低端電機(jī)或電源控制產(chǎn)品，如通用變頻控制器，UPS電源等；56F8300系列DSP則適用于高端的電機(jī)控制系統(tǒng)，如永磁同步電機(jī)的伺服控制，異步電機(jī)的矢量控制等。</p><p>　　MC56F8323是基于56800E內(nèi)核數(shù)字信號(hào)控制器的

77、56F83xx系列的成員之一，融合了數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)處理功能和微控制器(MCU)功能于一體。具有60MIPS（60MHz主頻率下）處理功能，并具有48KB的片內(nèi)閃存和綜合的外設(shè)接口配置。作為56F8323功能的延伸，通過(guò)增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入引腳和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入輸出引腳而擴(kuò)展了56F8323的功能。它采用了64引腳的LQFP封裝。并且I/O是5V兼容的。</p><p>　　作為對(duì)電機(jī)控制而設(shè)

78、計(jì)的56F8323，其結(jié)構(gòu)特性簡(jiǎn)介如下:</p><p>　?、費(fèi)C56F8323芯片的執(zhí)行速度很快，內(nèi)部采用的是雙哈佛結(jié)構(gòu)，流水作業(yè)，在60MHz的主頻時(shí)，運(yùn)算能力可以達(dá)到60兆條指令/秒，單指令周期就能夠完成16×16位的并行的乘加運(yùn)算，具有4個(gè)帶擴(kuò)展位的36位累加器，支持專用的尋址方式的并行指令集，硬件DO和REP循環(huán)指令，具有3條內(nèi)部的地址總線和4條內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制的能

79、力。</p><p>　?、诠鸾Y(jié)構(gòu)使得指令流水線支持同時(shí)對(duì)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行三次訪問(wèn)。片內(nèi)存儲(chǔ)器包括：32KB的程序閃存存儲(chǔ)器，4KB的程序隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），8KB的數(shù)據(jù)閃存存儲(chǔ)器，8KB的數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，8KB的程序啟動(dòng)閃存存儲(chǔ)器。</p><p>　?、弁庠O(shè)非常豐富：一個(gè)脈寬調(diào)制模塊，包括6路PWM輸出口，3路電流檢測(cè)輸入口和3路故障信號(hào)輸入口，支持自動(dòng)死區(qū)設(shè)置；兩個(gè)

80、12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可對(duì)2路模擬信號(hào)同時(shí)采樣，ADC與PWM模塊可由定時(shí)器C同步；兩個(gè)16位定時(shí)器單元，對(duì)應(yīng)7個(gè)腳，定時(shí)器A與正交解碼復(fù)用，定時(shí)器C與PWMA和ADCA復(fù)用；一個(gè)積分解碼模塊，與定時(shí)器A復(fù)用一個(gè)引腳。一個(gè)FlexCAN模塊；兩個(gè)異步串行通信接口模塊SCI；兩個(gè)同步串行外設(shè)接口模塊SPI；一個(gè)專門(mén)的外部中斷。</p><p>　?、茈姎馓匦裕焊呙芏鹊腃MOS工藝制造，兼容TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，可接受5V數(shù)

81、字輸入；片內(nèi)邏輯與存儲(chǔ)器工作于2.6～3.3V；片內(nèi)含數(shù)字與模擬校正器以實(shí)現(xiàn)低功耗與低噪聲；片內(nèi)外設(shè)都可以單獨(dú)禁用以降低功耗。</p><p>　?、葜С諨SP和MCU兩種風(fēng)格的指令系統(tǒng)。</p><p>　　⑥高效率的C編譯器，支持局部變量。</p><p>　?、咧С周浖映绦?，軟件中斷堆棧空間僅局限于存儲(chǔ)器進(jìn)行三次訪問(wèn)。</p><p>

82、;　　3.3.2電流信號(hào)采樣電路</p><p>　　控制系統(tǒng)中所用的電流信號(hào)采樣器件采用的是霍爾效應(yīng)的電流感測(cè)器(Hall Effect Current Sensor)，為了減少雜訊的影響，在電流傳感器的輸出端，要放置由運(yùn)放組成的低通濾波器。為了提高采樣的精度，可以采用基準(zhǔn)電壓芯片。</p><p>　　3.3.3位置信號(hào)采樣電路</p><p>　　轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)

83、裝置有多種型式，常見(jiàn)的有電磁式的，磁敏式的，光電式的等幾種檢測(cè)方法，可以用在不同的同步電動(dòng)機(jī)的位置檢測(cè)的系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)所采用的檢測(cè)器件的好壞也將直接地影響到系統(tǒng)的性能。</p><p>　　在實(shí)際的編碼器應(yīng)用中:</p><p>　　(1)QEP電路一般對(duì)上升沿或者下降沿有效，本系統(tǒng)中采用的是2500線編碼器，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈記數(shù)10000，一般誤差在2°之內(nèi)是能夠接受的，若計(jì)數(shù)誤

84、差太大的話，對(duì)系統(tǒng)會(huì)造成不良的影響。對(duì)于設(shè)計(jì)良好的編碼器電路，在軟件編程中還應(yīng)該設(shè)置軟件的抗干擾的措施。</p><p>　　(2)編碼器的電路有很多種的輸出形式，在電路設(shè)計(jì)上需要考慮其具體情況。通常的輸出形式有OE門(mén)輸出，推挽輸出，OC門(mén)輸出三種形式。OC門(mén)輸出必須要加上上拉電阻，OE門(mén)輸出必須要加上下拉電阻。</p><p>　　3.3.4 DSP電源設(shè)計(jì)電路</p>&

85、lt;p>　　CPU在上電時(shí)，當(dāng)電源的電壓還處于上升階段的時(shí)候，此時(shí)CPU的狀態(tài)也不確定，數(shù)據(jù)總線電平狀態(tài)也處于不確定的狀態(tài)，故系統(tǒng)上電的過(guò)程中，必須維持在復(fù)位狀態(tài)；CPU掉電時(shí)，電源電壓還處于下降的過(guò)程，當(dāng)電源電壓低到一定的程度時(shí)，CPU應(yīng)該處于復(fù)位狀態(tài)，故在掉電的時(shí)候也應(yīng)保持在復(fù)位狀態(tài)。</p><p><b>　　3.3.5顯示電路</b></p><p>

86、;　　顯示模塊由4位集成在一起的數(shù)碼管。運(yùn)用集成在一起的數(shù)碼管陣列電路不斷可以節(jié)省MCU的腳位，而且也使線路非常簡(jiǎn)潔。一般采用的共陽(yáng)的方式的數(shù)碼管。這種驅(qū)動(dòng)方式可以使MCU的功耗變的很小，就是不需要MCU輸出太大的電流。</p><p>　　MCU的功耗大的話會(huì)導(dǎo)致MCU不穩(wěn)定出現(xiàn)異常情況。在PCB板布線方面也可以做的很簡(jiǎn)潔，如果采用分離的數(shù)碼管顯示電路，要么需要很多個(gè)MCU的腳位去控制，要么就是需要外擴(kuò)驅(qū)動(dòng)芯片

87、去控制。采用本驅(qū)動(dòng)方式只需要8個(gè)數(shù)據(jù)輸出口和4個(gè)選通口就可以了。</p><p><b>　　3.3.6存儲(chǔ)電路</b></p><p>　　控制系統(tǒng)在掉電之后，又重新起動(dòng)時(shí)，需要能按照之前設(shè)定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，而不需要重新設(shè)定參數(shù)，因此對(duì)于一些控制參數(shù)，如電流保護(hù)點(diǎn)等，在系統(tǒng)掉電后必須保存。電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 EEP

88、ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)，包括功率部分主電路設(shè)計(jì)，保護(hù)電路，采樣電路，顯示部分電路設(shè)計(jì)等等。</p><p>　　4 永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1控制系統(tǒng)框架</b&g

89、t;</p><p>　　圖4-1 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本框圖</p><p>　　4.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本控制系統(tǒng)是用在工業(yè)控制中，選用的永磁同步電動(dòng)機(jī)是表面貼裝式。這種電機(jī)有許多好處，不僅控制上容易實(shí)現(xiàn)，而且在這種電機(jī)的工藝也比較容易，成本也比較低，同時(shí)也適合大批量的生產(chǎn)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大部分都是這種類型的電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)采用

90、的是=0的矢量控制，并且控制結(jié)構(gòu)上采用轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的雙環(huán)控制。在DSP上實(shí)現(xiàn)時(shí)，就是把前面幾章分析的理論變成實(shí)際的控制程序。譬如要實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換在軟件上就是矩陣的變換，程序上就是乘累加的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)起來(lái)其實(shí)非常的簡(jiǎn)單。難點(diǎn)主要在數(shù)值處理上，如何對(duì)數(shù)值就行變換處理，數(shù)據(jù)的格式怎么選取才能符合設(shè)計(jì)的要求。這些都是在具體程序中才會(huì)遇到的問(wèn)題。理論上雖然不是很麻煩，但是在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中卻不太容易處理。如果處理不的當(dāng)?shù)脑?，就?huì)得到適得其反的結(jié)果。

91、在這個(gè)過(guò)程中，要考慮系統(tǒng)的物理關(guān)系，也要考慮其數(shù)學(xué)關(guān)系。同樣一個(gè)控制結(jié)構(gòu)，同樣一個(gè)控制策略，實(shí)現(xiàn)起來(lái)可能會(huì)得到不同的結(jié)果。</p><p>　　4.2.1控制系統(tǒng)軟件總體</p><p>　　系統(tǒng)軟件的總體的框圖如圖4.2所示，主要包括DSP程序和MCU程序兩大部分。單片機(jī)程序主要工作是與DSP交換數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)接口，設(shè)定系統(tǒng)的控制的參數(shù)，并顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并提供故障顯示，報(bào)警指示等。

92、這里詳細(xì)的介紹DSP程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　控制系統(tǒng)是基于DSP的，DSP的主頻很高，達(dá)到60MHz，可以達(dá)到60MIPS,也就是一秒鐘能執(zhí)行60M條單周期指令，執(zhí)行速度相當(dāng)。由于電流的控制都是在AD中斷里完成的，而AD轉(zhuǎn)換一般都是在PWM周期的中間被觸發(fā)。所以AD中斷的間隔時(shí)間就是PWM的周期。所以PWM的頻率就不能選的太高，不然就沒(méi)有多余的時(shí)間去執(zhí)行別的工作了。但是PWN的頻率又不能選的太長(zhǎng)，選的太

93、長(zhǎng)了會(huì)導(dǎo)致電源電流諧波變大，電機(jī)的噪音也會(huì)變大。采用的是10KHz的PWM頻率，周期為100us，即電流環(huán)的執(zhí)行一次的時(shí)間為100us。這也是AD中斷的間隔時(shí)間。前面也講過(guò)速度環(huán)的執(zhí)行時(shí)間一般要比電流環(huán)的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)很多。這也是由于速度和電流的物理意義上得到的。當(dāng)然具體應(yīng)該選取多長(zhǎng)的控制時(shí)間也要根據(jù)具體的系統(tǒng)來(lái)選擇。一般的經(jīng)驗(yàn)就是電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)是速度環(huán)的時(shí)間常數(shù)是的幾十分之一，本控制系統(tǒng)中，速度控制的執(zhí)行時(shí)間為2ms，是電流控制的執(zhí)行時(shí)

94、間的20倍。</p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)軟件總體框圖</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)軟件的核心就是DSP控制程序，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制就是由DSP來(lái)完成。DSP控制程序主要以下三個(gè)部分：系統(tǒng)初始化，中斷程序和主程序。</p><p><b>　　主要包括以下工作：</b></p><p>　?、俪跏蓟疍SP定時(shí)器

95、</p><p>　?、诔跏蓟疍SP通用IO口</p><p>　?、鄢跏蓟疍SP PWM模塊</p><p>　　④初始化控制系統(tǒng)變量</p><p><b>　?、蒿@示單元的處理</b></p><p><b>　　⑥AD中斷處理程序</b></p><

96、;p><b>　　⑦電流控制程序</b></p><p><b>　?、嗨俣瓤刂瞥绦?lt;/b></p><p>　　中斷程序執(zhí)行頻率為10Khz，100us執(zhí)行一次，程序中包括電流檢測(cè)的程序、電流調(diào)節(jié)的程序、轉(zhuǎn)速計(jì)算的程序、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的程序、PWM調(diào)制的程序、park變換的程序、park逆變換的程序，控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，故障處理功能模塊等等。中斷中

97、的程序一定要注意簡(jiǎn)潔性，在做實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制的時(shí)候，處理時(shí)間要事先計(jì)算好，做之前就要知道中斷中的每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，然后根據(jù)具體的需要分配各個(gè)模塊的事件數(shù)。除了中斷中的程序需要控制執(zhí)行時(shí)間外，主程序中的時(shí)間執(zhí)行時(shí)間也需要控制恰當(dāng)?？梢园咽录M(jìn)行分類，哪些事件的執(zhí)行時(shí)間可以長(zhǎng)一點(diǎn)，哪些事件的執(zhí)行時(shí)間也好短一點(diǎn)。就是用定時(shí)器做幾個(gè)時(shí)基出來(lái)，到了定時(shí)的時(shí)間就去執(zhí)行相應(yīng)的事件。這樣分配好后，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間沖突的情況，也能更好的發(fā)揮系統(tǒng)的資源。圖4-3

98、是控制系統(tǒng)的中斷子程序。</p><p>　　在寫(xiě)DSP的程序時(shí)，MC56F8323系統(tǒng)的控制程序可以用C語(yǔ)言編寫(xiě)，或者用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，由于中斷時(shí)間很短，要做的動(dòng)作又很多，所以必須要用最簡(jiǎn)潔的程序來(lái)編寫(xiě)。所以最好是AD中斷中的程序代碼用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。其實(shí)用匯編語(yǔ)言編程，可以充分發(fā)揮DSP的優(yōu)勢(shì)，特別是很多匯編指令就是根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的控制算法產(chǎn)生的。譬如乘累加指令以及移位，特被適合做PID控制算法，還有坐標(biāo)變換是的矩

99、陣變換的程序?qū)崿F(xiàn)，這樣就可以把DSP芯片的資源得到充分的發(fā)揮。</p><p>　　圖4-3 控制系統(tǒng)ISR中斷的軟件流程</p><p>　　4.2.2 控制系統(tǒng)的測(cè)速方法</p><p>　　在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定和準(zhǔn)確的反饋是系統(tǒng)精度和穩(wěn)定的關(guān)鍵，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度對(duì)伺服控制系統(tǒng)的控制性能起著極為重要的作用?，F(xiàn)代伺服系統(tǒng)最常用的

100、速度和位置反饋裝置是光電編碼器，光電編碼器是將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械移動(dòng)轉(zhuǎn)化成脈沖的形式的裝置。用光電編碼器測(cè)速，都是采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和編碼器脈沖相結(jié)合的方法，通常在DSP中實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)有以下幾種方法：M法、T法和M/T法這三種。</p><p><b>　?。?）M法測(cè)速</b></p><p>　　M法又稱為測(cè)頻法，其測(cè)速原理是，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使用計(jì)數(shù)器對(duì)光電編碼器

101、發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，就是得到這段時(shí)間內(nèi)有多少脈沖的個(gè)數(shù)。由此來(lái)得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從而轉(zhuǎn)速就可以表示成</p><p>　　，r/min (4-1)</p><p>　　式中，為規(guī)定的采樣周期，是一個(gè)固定不變時(shí)間，單位為；是在時(shí)間內(nèi)，編碼器輸出的脈沖數(shù)量；是電機(jī)軸每旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)候，光電編碼盤(pán)所發(fā)出的脈沖的個(gè)數(shù)。</p><p>

102、　　用M法的時(shí)候，高低速時(shí)的情況有點(diǎn)不一樣，高轉(zhuǎn)速的用這種方法的時(shí)候，測(cè)量的精度比較高。但是低轉(zhuǎn)速時(shí)，用這種方法測(cè)量轉(zhuǎn)速的話就不是很準(zhǔn)確，可能會(huì)造成比較大的誤差，所以一般在高轉(zhuǎn)速的情況的時(shí)候才用M法。</p><p>　　在讀取一固定周期內(nèi)的編碼器脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。比如測(cè)速周期長(zhǎng)為ls，那么如果在ls內(nèi)對(duì)于2500線的增量式光電編碼器，QEJ模塊在4倍頻時(shí)， CPU讀到 10000個(gè)脈沖，那么這時(shí)電動(dòng)機(jī)的

103、轉(zhuǎn)速就是1轉(zhuǎn)/秒。但是，定周期的測(cè)速方法只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，單位周期的脈沖數(shù)就多，這樣誤差就小，所以M法適用于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。</p><p><b>　?。?）T法測(cè)速</b></p><p>　　T法又稱為測(cè)周法，對(duì)于光電編碼器發(fā)出的脈沖進(jìn)行捕捉間隔的時(shí)間，也就是對(duì)于編碼器輸出的相鄰的脈沖，用定時(shí)器捕捉該脈沖的時(shí)間寬度。也就是定時(shí)器的時(shí)基數(shù)量乘以所計(jì)的個(gè)數(shù)，這樣就得到了

104、相鄰脈沖的寬度。然后再取倒數(shù)，就可以得到轉(zhuǎn)速的測(cè)量值。設(shè)主時(shí)基的脈沖的頻率為，測(cè)得兩個(gè)編碼器輸出的相鄰的脈沖的時(shí)間間隔，主時(shí)基脈沖數(shù)為，則可以得出主軸的轉(zhuǎn)速為</p><p>　　，r/min (4-2)</p><p>　　用T法的時(shí)候，高低速時(shí)的情況也有點(diǎn)不一樣，低轉(zhuǎn)速的用這種方法的時(shí)候，測(cè)量的精度比較高。但是高轉(zhuǎn)速時(shí)，用這種方法測(cè)量轉(zhuǎn)速的話

105、就不是很準(zhǔn)確，可能會(huì)造成比較大的誤差。通過(guò)測(cè)量增量式光電編碼器兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。既在兩脈沖間隔時(shí)間為0.00015時(shí)，那么這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就是1轉(zhuǎn)/秒。但是，一般情況脈沖越多測(cè)速也越精確，而且由于定時(shí)器的精度和溢出等問(wèn)題，所以一般在低轉(zhuǎn)速的情況的時(shí)候才用T法。</p><p><b>　?。?）M/T法測(cè)速</b></p><p>　　其測(cè)

106、量的時(shí)間通常由兩個(gè)部分組成,也就是說(shuō)他要測(cè)量?jī)蓚€(gè)部分的時(shí)間長(zhǎng)度。一部分是規(guī)定的恒定不變時(shí)間；是從時(shí)間結(jié)束，之后出現(xiàn)的編碼器發(fā)出的第一個(gè)脈沖的時(shí)間的間隔。設(shè)在時(shí)間范圍內(nèi)讀取的脈沖的數(shù)量為，在時(shí)間內(nèi)，測(cè)量的時(shí)基的脈沖數(shù)量為，則轉(zhuǎn)速為</p><p>　　,r/min (4-3)</p><p>　　式中，為角位移， （為時(shí)基頻率），將其代入上式后，

107、得M/T法測(cè)速的計(jì)算公式為：</p><p>　　，r/min (4-4)</p><p>　　此法是M法和T法的結(jié)合，它在整個(gè)速度范圍內(nèi)都有較好的準(zhǔn)確性，因?yàn)槠渫瑫r(shí)測(cè)量一定個(gè)數(shù)編碼器脈沖和產(chǎn)生這些脈沖所用的時(shí)間。但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，MT法需要較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間才能保證速度測(cè)量的準(zhǔn)確性，難以滿足快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的系統(tǒng)要求。</p><

108、;p>　　從原理上可以看到，用M/T法來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的時(shí)候，不管是高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速效果都比較好。但轉(zhuǎn)速比較高的時(shí)候，此時(shí)就相當(dāng)M法測(cè)速的情況；當(dāng)轉(zhuǎn)速比較低的時(shí)候，此時(shí)該方法就相當(dāng)于T法測(cè)速的情況。也就是說(shuō)不管現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速是處在高速階段還是低速階段，這種測(cè)速的方法都比較好。所以在非常寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，M/T法能測(cè)速比較準(zhǔn)確。但是有利必有弊，M/T法在軟件上實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常麻煩，占用的DSP的資源也很多。所以通常在實(shí)際做的時(shí)候，一般都不用上述的這

109、三種方法，而是結(jié)合起來(lái)使用，也就是在轉(zhuǎn)速比較高的時(shí)候使用M法去測(cè)量轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速比較低的時(shí)候，使用T法去測(cè)量轉(zhuǎn)速。用這兩種方法結(jié)合起來(lái)去測(cè)量轉(zhuǎn)速的話，在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候非常的簡(jiǎn)單，而且占用的芯片資源還很少，最重要的是檢測(cè)的誤差比較小。所以用這兩種結(jié)合起來(lái)的方法是能夠得到比較好的效果的。</p><p>　　4.2.3 PID調(diào)節(jié)器的原理</p><p>　　PID控制策略是非常的成熟的一種控制技術(shù)

110、，也應(yīng)用非常的廣泛。結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，參數(shù)的調(diào)整也很容易。因此在控制中一般都能應(yīng)用。一般在設(shè)計(jì)新系統(tǒng)時(shí)可以先采用PID控制，然后觀察控制效果，再仔細(xì)的調(diào)整參數(shù)，看看能不能得到想要的效果。如果能得到，就可以采用這種控制策略。如果不能達(dá)到效果的話，就要嘗試別的更先進(jìn)的控制策略。即使用PID控制達(dá)不到效果的話，也能學(xué)習(xí)一些系統(tǒng)本身存在的控制這方面的特性，這對(duì)于應(yīng)用其他的控制策略是非常有幫助的。在PID控制器各種應(yīng)用的變種中，用的最多的還是比例積

111、分的控制，因?yàn)椋?）使用比例積分微分的控制，而微分對(duì)誤差非常的敏感，也就是反應(yīng)非常的強(qiáng)烈，只要有一點(diǎn)點(diǎn)誤差，微分就會(huì)起作用，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致小幅的振蕩，其控制系統(tǒng)響應(yīng)不太容易穩(wěn)定，在電機(jī)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)看到轉(zhuǎn)速曲線總是在晃來(lái)晃去，看上去不是很平穩(wěn)，特別是有轉(zhuǎn)速顯示的時(shí)候，就會(huì)看到轉(zhuǎn)速值總是在跳來(lái)跳去的。因?yàn)樯鲜龅倪@些個(gè)原因，微分環(huán)節(jié)在電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的不是很多；（2）如果只有比例控制器時(shí)，穩(wěn)態(tài)性能又得不到很大的保證，但是P值不大時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)