直流電機(jī)全數(shù)字式控制(三)

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位置反饋元件使用２４位絕對式光電編碼器，位置精度可達(dá)0.007725″，編碼器反饋的位置值經(jīng)過微分測速可以得到速度反饋值。利用RS422串口采集光電編碼器的數(shù)據(jù)并和外部控制單元進(jìn)行通信。采用電流傳感器采集電機(jī)電樞電流，電流傳感器輸入的電流和輸出的電壓成線性關(guān)系，利用DSP28335內(nèi)部的ADC模塊對采集的電流進(jìn)行高頻率的A/D變換，由于電流傳感器的輸出電壓是0-5V，而ＡＤＣ模塊要求的模擬輸入電壓范圍為0-3V，所以需要加信號調(diào)整電路進(jìn)行電壓調(diào)整。

電機(jī)驅(qū)動器選用三相橋式MOSFET智能集成型控制器，它具有欠壓鎖定保護(hù)、可編程死區(qū)時間控制、低電平有效使能關(guān)斷控制等功能［１０］，根據(jù)DSP的ePWM 模塊輸出PWM信號控制各個功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉，直接驅(qū)動三相無刷直流電機(jī)，使用簡單高效。在PWM信號和電機(jī)驅(qū)動器之間需要進(jìn)行高速光耦隔離，起到不同電壓之間的信號傳輸和保護(hù)DSP端口的作用。電機(jī)

驅(qū)動電路原理如圖7所示。

圖7

（二）系統(tǒng)軟件設(shè)計

用DSP實(shí)現(xiàn)控制算法，需要將控制器的模型進(jìn)行離散化處理。采樣周期的選擇對數(shù)字電流環(huán)尤為重要，采樣周期越小控制效果會越好，但會增加系統(tǒng)處理復(fù)雜控制算法的計算負(fù)擔(dān)［１１］。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況，電流環(huán)采樣頻率選取為10kHz，速度環(huán)和位置環(huán)采樣頻率為1kHz。系統(tǒng)的軟件流程如圖8所示。

圖8

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為驗(yàn)證系統(tǒng)的性能以及數(shù)字電流環(huán)設(shè)計是否合理，通過系統(tǒng)驅(qū)動直流無刷電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)臺運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合MATLAB仿真進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)字電流環(huán)的開環(huán)頻率特性曲線［１２］如圖9所示，可以看到，電流環(huán)開環(huán)截止頻率為970rad/s，相位裕度為76°，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。

圖9

在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動控制實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)的位置閉環(huán)階躍響應(yīng)對比如圖10所示，可以看到，只有位置環(huán)和速度環(huán)時，超調(diào)量為22.7％，上升時間和過渡過程時間分別為0.3s和0.5s，引入數(shù)字電流環(huán)之后，超調(diào)量減小為6.5％，上升時間和過渡過程時間分別減小為0.18s和0.27s。引入數(shù)字電流環(huán)提高了系統(tǒng)的快速性和相對穩(wěn)定性，系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了明顯改善給位置環(huán)輸入一個等效正弦信號P(t)＝10sin(1.0t)，控制轉(zhuǎn)臺進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖11所示為無電流環(huán)僅速度環(huán)和位置環(huán)閉環(huán)后的位置誤差曲線，如圖12所示為三環(huán)閉合后的位置誤差曲線，通過對比可以看到，引入數(shù)字電流環(huán)后系統(tǒng)的位置跟蹤精度提高了近9倍，系統(tǒng)控制精度得到了明顯改善。

圖10

圖11

圖12

五、結(jié)　論

本文設(shè)計一套基于高性能DSP28335的無刷直流電機(jī)伺服硬件系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)簡單合理，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。在工程中傳統(tǒng)的位置和速度雙閉環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上，成功引入了數(shù)字化電流環(huán)，建立了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)介紹了全數(shù)字化無刷直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。從仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入數(shù)字電流環(huán)可以抑制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動，系統(tǒng)的跟蹤精度得到了明顯提高，動態(tài)響應(yīng)速度和超調(diào)量也有所改善，為無刷直流電機(jī)在伺服控制性能要求較高場合的應(yīng)用提供了理論和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，系統(tǒng)具有很好的實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)：

［1］　譚建成．永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［2］　郭丹瑞，林曉煥，單星，等．基于ＤＳＰ的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究［J］．國外電子測量技術(shù)，2016.35(2):98-101．

［3］　劉志明，陳黎，李清軍，等．基于電機(jī)力矩波動抑制的電流反饋法［J］．微計算機(jī)信息，2010,26(31)：108-109．

［4］　陳建，王偉國，張振東，等．基于ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的直流伺服電機(jī)電流環(huán)［J］．化工自動化及儀表，2015,43(2):181-186．

［5］　朱劍波．無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真與分析［J］．國外電子測量技術(shù)，2013,32(12):25-30.

［6］　朱俊杰，粟梅，陳程，等．無刷直流電機(jī)反電勢過零檢測新方法［J］．儀器儀表學(xué)報，2013,34(2):441-447.

［7］　阮毅，陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)－運(yùn)動控制系

統(tǒng)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［8］　楊漢華．永磁無刷直流電機(jī)ＰＩ調(diào)速器的研究［J］．國外電子測量技術(shù)，2010,29(12):56-58.

［9］　劉陵順，高艷麗，張樹團(tuán)，等．ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ＤＳＰ原理及開發(fā)編程［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

［10］鄭靜，渠慎豐．小功率伺服無刷直流電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計［J］．電子測量技術(shù)，2006,29(3):130-132.