交流永磁同步伺服系統矢量控制設計
張運芳1,2，陳榮1，趙永建2
(1鹽城工學院，江蘇鹽城224051；2江蘇大學，江蘇鎮江212013)
摘要：介紹了永磁同步電動機的數學模型和磁場定向控制原理，在此基礎上設計了以tms320f2812為核心的全數字交流水磁同步伺服系統，并給出了其硬什電路和軟件程序流程。實驗證明該控制系統具有良好的動靜態性能，可以廣泛應用于伺服驅動系統中。
關鍵詞：永磁同步電動機；磁場定向控制；數字信號處理器；伺服系統
中圖分類號：tm341 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2009)12—0042—03
0引 言
三相永磁同步電動機(以下簡稱pmsm)是從繞線式轉子同步伺服電動機發展而來的。它用強抗退磁的永磁轉子代替了繞線式轉子，從而省去了勵磁線圈、滑環和電刷，屬于無刷電動機的一種。具有結構簡單、體積小、損耗小、可靠性高、輸出轉矩大、功率因數高等優點，得到了越來越廣泛的應用和重視.轉子磁場定向的矢量控制方式就是針對此類電動機使用較為廣泛的一種控制方式，通過矢量控制改善轉矩控制性能，從而極大地提高了系統的控制精和可靠性，使交流永磁同步電動機的伺服驅動性能趕上甚至超過了直流電動機。
在電機控制中，應用dsp可使系統向高可靠性、高性能和維護方便的全數字方向發展。
tms320f2812是迄今為止用于數字控制領域性能較好的32位定點dsp系列芯片，本文以tlvis320f2812核心設計全數字交流伺服系統。
1 pmsm數學模型
沿用理想電動機模型的一系列假設，經過一系列推導可以得到pmsm在d—q坐標系下的數學模型。  式中：ld為等效兩相定子繞組d軸自感；lq為等效兩相定子繞組g軸自感；ψf為轉子磁鋼在定子上的耦合磁鏈。
式中：p為微分算子；ψd為d軸磁鏈；ψq為q軸磁鏈；ω為轉子角速度，rs為定子電阻；id為d軸電流；iq為q軸電流。
式中：j為轉動慣量；t1為負載轉矩。
2矢量控制原理
矢量控制的思想源于對直流電動機的嚴格模擬，通過磁場定向控制將定子電流矢量分解為兩個分量：勵磁電流分量ia和轉矩電流分量iq，并使兩個分量互相垂直、彼此獨立，然后分別進行調節，從而可獲得較好的解耦控制特性。矢量控制從理論上解決了非線性、強耦合的交流電機高性能控制問題。
在矢量控制中，當永磁同步電動機永磁體產生的磁鏈砂，和直交軸電感ld、lq確定后，電機的電磁轉矩te便取決于定子電流is,而is的大小和相位取決于id和iq。因此，只要控制id和iq便可以控制電機的轉矩te.一定的轉速和轉矩對應一定的id和iq。永磁同步電動機矢量控制系統通過控制pmsm的電流實際值id,iq與給定值id、iq相符，便實現了pmsn的磁鏈和轉矩控制，而且id和iq獨立控制。
圖1給出了矢量控制的框圖。首先，根據檢測到的電機轉子位置θm和輸入的參考位置θ，通過位置pi控制器計算得到電機轉速的參考輸入ω，再根據檢測到的電機轉速ωr和輸入的參考轉速ω，通過速度pi控制器計算得到定子電流的參考輸入id、iq；通過相電流檢測電路提取ia、ib，再使用clarke、pmk變換，將它們轉換到d—q旋轉坐標系中；然后再將d—q坐標系中的電流信號與它們的id、iq相比較，其id=o，通過pi控制器獲得理想的控制量。外環位置環產生了速度的參考值，速度環產生了定子電流的參考值，內環電流環得到實際控制信號，從而構成一個完整的位置速度矢量三閉環控制系統。
3控制系統硬件設計
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