永磁同步电动机反馈线性化控制系统设计研究

摘要：永磁同步电机(PMSM)具有效率高，功率密度大等突出优点，因此得到了广泛应用，研究其高性能的驱动系统成为发展的必然趋势。根据PMSM仿射非线性系统，结合微分几何理论推导出当转矩和定子磁链幅值线性解耦时的定子电压方程。以TMS320F2812型DSP为核心，结合PMSM反馈线性化控制的特点，设计了一套功能完善、实时性好的PMSM直接转矩控制(DTC)系统。硬件系统包括辅助电源电路、逻辑保护译码电路、采样电路、驱动电路、光电编码器信号检测电路。编制了PMSM DTC反馈线性化算法软件进行实验研究，实验结果表明：硬件系统工作可靠、控制响应快。关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；反馈线性化1 引言 目前对于PMSM所采用的高性能控制策略主要有两种：磁场定向控制和DTC。DTC将逆变器和电机作为一个整体，采用电磁转矩和定子磁链幅值双滞环控制，利用最优电压矢量实现电磁转矩和定子磁链幅值的同时控制，将不可避免地导致电磁转矩和定子磁链控制的相互耦合，转矩脉动较大，影响系统的稳定运行。为获得高品质的PMSM转矩控制性能，有必要实现电磁转矩和定子磁链控制的解耦。 此处采用基于反馈线性化理论的PMSM DTC策略。实现中需准确地采集定子绕组相电流、母线电压，控制中还要实时地输出电压矢量，要求硬件系统实时性能好，稳定性高，因此全数字控制成为该系统的首选控制手段。2 PMSM-DTC反馈线性化控制策略 根据PMSM仿射非线性系统，结合微分几何理论推导出当转矩和定子磁链幅值线性解耦时定子两相静止α，β坐标系中控制电压为：，反馈线性化计算出给定电压，送至空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制环节给出开关信号。

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3 硬件系统设计 以TMS320F2812为核心，结合多种外围扩展，构成一套功能全面的永磁同步电动系统，其硬件系统结构框图如图2所示。系统信号检测主要包括通过电流传感器得到的两相电流ia，ib，母线电流，通过光电编码器得到的速度n，和通过电压传感器得到的母线电压Udc。将检测到的Udc，ia，ib和转速给定通过A／D采样模块再送入DSP中，结合反馈线性化软件算法和SVPWM给出开关信号。而母线电流只用于保护。

DSP扩展的外围包括：A／D采样、PWM输出、I／O口、RS232通信和速度检测等模块，为实现PMSM DTC反馈线性化提供了有利条件。外部扩展的D／A输出通道，方便了PMSM DTC反馈线性化中磁链等非电量的观测及系统调试。主要功能模块设计分析如下。

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