永磁同步電動機反饋線性化控制系統設計研究

摘要：永磁同步電機(PMSM)具有效率高，功率密度大等突出優點，因此得到了廣泛應用，研究其高性能的驅動系統成為發展的必然趨勢。根據PMSM仿射非線性系統，結合微分幾何理論推導出當轉矩和定子磁鏈幅值線性解耦時的定子電壓方程。以TMS320F2812型DSP為核心，結合PMSM反饋線性化控制的特點，設計了一套功能完善、實時性好的PMSM直接轉矩控制(DTC)系統。硬件系統包括輔助電源電路、邏輯保護譯碼電路、采樣電路、驅動電路、光電編碼器信號檢測電路。編制了PMSM DTC反饋線性化算法軟件進行實驗研究，實驗結果表明：硬件系統工作可靠、控制響應快。
關鍵詞：永磁同步電機；直接轉矩控制；反饋線性化

1 引言
目前對于PMSM所采用的高性能控制策略主要有兩種：磁場定向控制和DTC。DTC將逆變器和電機作為一個整體，采用電磁轉矩和定子磁鏈幅值雙滯環控制，利用最優電壓矢量實現電磁轉矩和定子磁鏈幅值的同時控制，將不可避免地導致電磁轉矩和定子磁鏈控制的相互耦合，轉矩脈動較大，影響系統的穩定運行。為獲得高品質的PMSM轉矩控制性能，有必要實現電磁轉矩和定子磁鏈控制的解耦。
此處采用基于反饋線性化理論的PMSM DTC策略。實現中需準確地采集定子繞組相電流、母線電壓，控制中還要實時地輸出電壓矢量，要求硬件系統實時性能好，穩定性高，因此全數字控制成為該系統的首選控制手段。

2 PMSM-DTC反饋線性化控制策略
根據PMSM仿射非線性系統，結合微分幾何理論推導出當轉矩和定子磁鏈幅值線性解耦時定子兩相靜止α，β坐標系中控制電壓為：
，反饋線性化計算出給定電壓，送至空間矢量脈寬調制(SVPWM)控制環節給出開關信號。

3 硬件系統設計
以TMS320F2812為核心，結合多種外圍擴展，構成一套功能全面的永磁同步電動系統，其硬件系統結構框圖如圖2所示。系統信號檢測主要包括通過電流傳感器得到的兩相電流ia，ib，母線電流，通過光電編碼器得到的速度n，和通過電壓傳感器得到的母線電壓Udc。將檢測到的Udc，ia，ib和轉速給定通過A／D采樣模塊再送入DSP中，結合反饋線性化軟件算法和SVPWM給出開關信號。而母線電流只用于保護。

DSP擴展的外圍包括：A／D采樣、PWM輸出、I／O口、RS232通信和速度檢測等模塊，為實現PMSM DTC反饋線性化提供了有利條件。外部擴展的D／A輸出通道，方便了PMSM DTC反饋線性化中磁鏈等非電量的觀測及系統調試。主要功能模塊設計分析如下。