一種無電流環(huán)永磁同步電動機伺服控制的研究
嚴偉燦1，任寶棟1，劉棟良1，譚瑩2
（1臥龍電氣集團股份有限公司，上虞312300；2西安微電機研究所，西安710077）
摘要：針對永磁同步電動機的傳統(tǒng)控制，利用永磁同步電機空間矢量脈寬調(diào)制原理( svpwm)進行解耦，采集兩路電流信號來控制電機的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，該文提出了一種基于精確的光電編碼信號測速的無電流環(huán)直接電壓控制策略，省去兩路電流采樣信號，節(jié)約了成本，提高可靠性；通過dsp芯片tms320f2407設計了工業(yè)縫紉機控制器的硬件及軟件，實現(xiàn)了無電流環(huán)永磁同步電動機控制，滿足客戶的需求。
關鍵詞：無電流環(huán)；工業(yè)縫紉機；永磁同步電動機；伺服控制
中國分類號：tm341; tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0093-03
0引 言
傳統(tǒng)工業(yè)縫紉機采用離合器電機帶動機頭運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速一般在3 000 r/min以上，待機時離合器脫開，但電機仍處于空載運轉(zhuǎn)，耗能高。將永磁同步電機(pmsm)用于工業(yè)縫紉機的驅(qū)動，可實現(xiàn)工業(yè)縫紉機的各種自動化功能，并且具有轉(zhuǎn)動慣量小、響應速度快：效率高、體積小、噪音低等優(yōu)點r。pmsm傳統(tǒng)控制方式的基本思路是利用空間矢量原理進行解耦，使永磁同步電機的電流進行分解，從而按直流電機的控制規(guī)律來進行控制，難點在于需要同時采樣電機至少兩路的電流值，并對其進行矢量變換（clark變換和park變換），最終變換為電壓信號。文獻[2-4]針對無刷電機進行了理論分析，通過模糊算法或改進的模糊算法提供了很好的動態(tài)性能，但算法過于復雜，不利于廣泛使用，且計算機編程計算量大，一來在增加了硬件成本的同時也占用了比較大的軟件開銷，不利于工程實現(xiàn)。
針對額定扭矩相對恒定的工業(yè)縫紉機用電機，采用了一種基于精磅的光電編碼信號測速并通過空間矢量脈寬調(diào)制控制的電機控制模式�？刂齐姍C的根本目的在于控制電機的轉(zhuǎn)矩，也實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制，svpwm的作用就是控制其轉(zhuǎn)矩。光電編碼器檢測到脈沖后由dsp控制器計算出當前的轉(zhuǎn)速，同既定的轉(zhuǎn)速進行比較，比較后通過積分分離的pid算法，得出應當施加的轉(zhuǎn)矩值，通過svpwm算法，進行pmsm電機電壓的控制。發(fā)揮dsp控制器在運動控制領域的應用優(yōu)勢，該系統(tǒng)采用以dsp芯片為核心再配以簡單可靠的外圍電路，其控制算法及功能全部由軟件實現(xiàn)。這種方案采用的是不檢測電流，直接通過電壓控制的技術。對于工業(yè)縫紉機這類負載波動小、控制精度要求較低的機械，該方案較為適用。由于省掉了電流測量環(huán)節(jié)，使整個系統(tǒng)簡潔可靠，并降低了成本。
l 系統(tǒng)的硬件結構
工業(yè)縫紉機用伺服控制系統(tǒng)整體結構如圖1所示，其中220 v市電輸入，整流橋、濾波電容、制動器、ipm逆變器和pmsm構成系統(tǒng)的功率電路，光電編碼器信號構成的速度位囂檢測電路和數(shù)字信號處理器( dsp)構成控制回路，人機界面、鍵盤和各種功能電磁鐵構成外圍電路。
交流220 v電壓經(jīng)過整流濾波后得到穩(wěn)定的直流電源供給智能功率模塊(ipm)，功率模塊在svpwm下產(chǎn)生i相pwm電壓供給pmsm，然后pmsm帶動縫紉機機頭進行縫紉工作。
控制系統(tǒng)的主回路逆變器采用智能功率模塊，該模塊采用20 a/600 v igbt功率管，它內(nèi)含驅(qū)動電路，并設計有過壓、過流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路。同時系統(tǒng)還沒計了軟啟動電路以減少強電對主回路的沖擊。在系統(tǒng)故障保護環(huán)節(jié)中還設置了主回路過壓、欠壓、過熱、過載、制動異常、光電編碼器反饋斷線等保護功能，故障信號由軟硬件配合檢測，一旦出現(xiàn)保護信號，便可通過軟件或硬件邏輯立刻封鎖pwm驅(qū)動信號。與pmsm同軸旋轉(zhuǎn)的光電編碼器和機頭定位器產(chǎn)生一對正交脈沖信號和pmsm轉(zhuǎn)子位置信號，用于dsp的速度和位置控鋼。縫紉機1．作時，通過腳踏板調(diào)速器給定pmsm的目標轉(zhuǎn)速，通過人機界面接收目標位置，通過檢測機頭定位器的上下停針信號，配合各個功能電磁鐵，完成自由縫、倒網(wǎng)縫、加固縫、定針縫等各種縫制工藝。
2系統(tǒng)的軟件設計
系統(tǒng)的各種縫制功能以及控制策略的實現(xiàn)，主要靠系統(tǒng)軟件來完成，因此，可靠的 |
