基于DSP的PMSM矢量控制系統的設計與研究

摘要：為實現對永磁同步電機(PMSM)的最優控制，設計了一種以數字信號處理器(DSP)為核心的控制器，深入分析了控制器中對電機運行精度影響較大的幾個模塊，并進行了優化。采用空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術完成了系統的硬件和軟件調試，實驗結果驗證了所設計控制器的可行性，并能滿足PMSM的高性能控制要求。
關鍵詞：永磁同步電機；矢量控制；空間矢量脈寬調制

1 引言
PMSM具有轉動慣量小、功率密度高、響應速度快等優點，在高性能的電機控制領域中得到了廣泛應用。隨著半導體技術的發展，電機控制的數字化已成為主流趨勢，而高性能的電機控制算法都是通過主芯片實現的。目前，在電機控制領域中，最具代表性的DSP是TMS320F2000系列，其中TMS320F12812是該系列中的一款主流32位定點DSP，與TMS320F2407相比，它具有更豐富的硬件資源和更快的計算速度，可用于實現高性能電機控制系統。在此采用TMS320F2812設計了一種PMSM控制器，利用C語言編程進行軟件設計，實現了系統速度、電流雙閉環控制。

2 永磁同步電機矢量控制系統
矢量控制的基本思想是通過坐標變換，將電機定子電流分解成產生磁通的直軸分量和產生轉矩的交軸分量，并使兩分量相互垂直，彼此進行獨立調節與控制。id=0控制法是目前交流電機控制中應用最廣的矢量控制法。由于定子電流中只有交軸分量，沒有直軸去磁分量，因而不會產生去磁效應，且電機定子磁鏈空間矢量和永磁體磁鏈空間矢量正交，從電機端口看，此時的交流PMSM相當于一臺他勵直流電機。該系統在矢量控制的基礎上采用SVPWM技術來控制逆變器的輸出電壓，電機所有電流均用來產生電磁力矩，電機控制效率高，轉矩特性好，可獲得很寬的調速范圍，PMSM矢量控制系統基本框圖如圖1所示。

3 系統硬件設計與分析
PMSM調速系統硬件電路如圖2所示。主要包括主電路、控制電路、功率驅動電路、檢測及保護電路等。主電路包括整流電路和逆變電路，其中整流部分由4個二極管構成整流橋實現；逆變電路是由6個IGBT元件構成的開關電路，可輸出相位差120°的三相對稱電壓。