永磁同步電動機反饋線性化控制系統(tǒng)設計研究
3.1 輔助電源設計
輔助電源是整個系統(tǒng)正常工作的基本保障,在系統(tǒng)中,通過變壓器和三端穩(wěn)壓集成電路,得到5 V,20 V,-15 V,15 V。結構示意圖如圖3所示。其中,5 V再通過芯片TPS767D318轉換成3.3 V和1.8 V供給DSP,同時供給譯碼保護電路;20 V為三相逆變橋中6個IGBT的驅動電源,3路為IGBT上橋臂驅動電源并相互隔離,1路為IGBT下橋臂公共驅動電源:-15 V和15 V主要提供給A/D調理電路中運算放大器、傳感器及故障信號處理電路的比較器使用。本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/159382.htm
該平臺采用TPS767D318型雙端輸出電源管理芯片來實現(xiàn)5 V向3.3 V,1.8 V電壓轉換。
3.2 邏輯保護譯碼設計
系統(tǒng)中D/A輸出的譯碼信號、PWM死區(qū)保護和故障保護信號等通過一塊CPLD ISPM4A5-128/64實現(xiàn)。ISPM4A5借助于Lanice的ispLEVER軟件開發(fā)環(huán)境,實現(xiàn)功能和時序仿真并生成可執(zhí)行文件。其供電電壓為5 V,輸出為3.3 V,與DSP連接無需電平轉換電路。輸入信號為:IGBT功率管開關控制PWM信號、過流保護信號、過壓保護信號、譯碼地址信號、故障復位信號、電源復位信號。輸出信號為:D/A通道選擇譯碼輸出,74F245使能信號、DSP功率保護信號、故障指示信號等。其中,晶體振蕩器頻率為10 MHz。
3.3 采樣電路
系統(tǒng)中霍爾電壓、電流傳感器采集到的信號,通過電壓跟隨器后輸出uin送至A/D調理電路。由于DSP的A/D輸入端僅能接收0~3 V信號,所以由傳感器輸出的交流信號還要經(jīng)過電平抬升電路,A/D調理電路如圖4所示。uin來自霍爾傳感器電壓跟隨器的輸出,取參考電平uref=1.5 V,通過采用運算放大器IM324構成同相比例運算電路,uo送給DSP的A/D輸入端。輸入與輸出的關系為:
R5與C4構成低通濾波器,用于消除高頻開關信號干擾。二極管1N4148實現(xiàn)箝位保護功能,防止由于電壓過高而燒壞DSP。
3.4 驅動電路
采用HCPL3120光電耦合和穩(wěn)壓二極管等器件構成IGBT驅動電路,如圖5所示。利用光耦實現(xiàn)PWM弱信號與IGBT功率電路電氣隔離,以保證DSP控制系統(tǒng)的安全性。
在IGBT門極與發(fā)射極之間加15 V電壓,使IGBT導通,加-5 V電壓時IGBT關斷。當PWM為低電平時,光耦初級導通,次級輸出電壓uo=20 V,通過R3=8.2 Ω加在IGBT門極,而參考電壓為5 V,這樣IGBT門極與發(fā)射極問的電壓為15 V,IGBT導通。當PWM為高電平時,光耦初級截止,IGBT門極與發(fā)射極之間的電壓為-5 V,IGBT關斷。發(fā)光二極管VD1用于指示IGBT開關情況。
3.5 光電編碼器信號檢測電路
所使用的控制策略中需電機轉速信息。采用增量式光電編碼器對轉速進行測量,系統(tǒng)采用TLP550光耦來實現(xiàn)光電編碼器與DSP之間的連接。
4 實驗研究
采用TYB150-4-100型PMSM參數(shù)為:額定電壓190 V,額定電流6.2 A,額定轉速1 500 r·min-1,額定功率1.5 kW,額定頻率50 Hz,極對數(shù)2,直軸電感12.765 mH,交軸電感7.695 mH,定子電阻1.2 Ω,轉子磁鏈感應到定子側0.42 Wb。
為驗證該控制系統(tǒng)設計的可行性,編制了PMSM DTC反饋線性化算法軟件進行實驗研究,定子磁鏈給定為0.42 Wb,轉矩限幅為9 N·m,DSP控制周期為100μs。轉速環(huán)PI調節(jié)器比例系數(shù)為0.01,積分系數(shù)為0.005,k1=k2=4 000。
電動機轉速680 r·min-1,空載時波形見圖6a??芍孩賹嶋H轉矩跟蹤給定轉矩:②α軸定子磁鏈為正弦波,幅值為0.42 Wb;負載穩(wěn)態(tài)波形見圖6b 。可知:①實際轉矩跟蹤給定轉矩均值為2.6 N·m;②α軸定子磁鏈為正弦波,幅值為0.42 Wb。由實驗波形可知,硬件系統(tǒng)運行可靠。
5 結論
以TMS320F2812型DSP為核心,設計了一套直接轉矩控制永磁同步電機反饋線性化控制系統(tǒng)。結果表明,該系統(tǒng)工作可靠,響應速度快,其硬件系統(tǒng)的設計將為直接轉矩控制永磁同步電機反饋線性化系統(tǒng)控制策略的深入研究奠定良好基礎。
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