基于STM32F407芯片的交流伺服控制器，采用基于永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)解耦數(shù)學(xué)模型的矢量控制一場定向控制算法(FOC)。在進(jìn)行交流伺服控制器的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可使用ST公司的圖形化芯片外設(shè)配置軟件Microxplorer進(jìn)行STM32F407芯片的選型及外設(shè)配置、初始化代碼的生成;在PMSM電機(jī)的FOC算法設(shè)計(jì)階段可參考ST公司的PMSMFOC Library和Standard Peripherals Labrary-CMSlS進(jìn)行開發(fā)，并且ST公司提供了DSP算法庫以供開發(fā)者使用;在系統(tǒng)的調(diào)試階段由于電機(jī)控制的特殊性，不能在電機(jī)運(yùn)行時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，為此可采用ST公司的STMStudio軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)變量監(jiān)控及可視化調(diào)試。

1.3.1 交流伺服控制器軟件應(yīng)具有的功能

交流伺服控制器軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：

◆系統(tǒng)位置控制、速度控制和電流控制;

◆與上位機(jī)通信功能;

◆過流、過壓、欠壓的保護(hù)及故障指示。

伺服控制器性能的好壞，電機(jī)的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)控制是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。現(xiàn)將這幾部分分述如下：

1.3.1.1 伺服系統(tǒng)位置環(huán)的實(shí)現(xiàn)

STM32F407芯片根據(jù)上位機(jī)/PLC發(fā)出的位置指令，控制PMSM快速平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的角度。

位置的控制算法采用三段法，即：位置誤差大時(shí)，采用最大速度跟蹤，以快速消除誤差;位置誤差為中等偏差時(shí)，速度控制量為

(其中：ε為加速度，e為當(dāng)前位置誤差);在位置誤差較小時(shí)采用PI控制算法。其軟件工作流程如圖3。

1.3.1.2 伺服控制器速度環(huán)的實(shí)現(xiàn)

由STM32F407芯片內(nèi)部的正交編碼器接口的脈沖計(jì)數(shù)寄存器確定輸入的正交脈沖數(shù)，并且轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一周，增量編碼器輸入一個(gè)零位標(biāo)志脈沖信號(hào)，以消除因脈沖丟失引起的計(jì)數(shù)誤差。為使脈沖計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)不會(huì)溢出，因此轉(zhuǎn)子位置角最大采樣周期必須根據(jù)電機(jī)的最高工作頻率和控制精度確定，電機(jī)工作頻率和控制精度越高，則采樣周期越小?？刂扑惴▌t采用PI算法。

速度環(huán)的工作流程如圖4。

1.3.1.3 伺服控制器電流環(huán)的實(shí)現(xiàn)

伺服控制器要求電流環(huán)具有輸出電流諧波分量小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，所以電流調(diào)節(jié)器必須滿足內(nèi)環(huán)控制所需要的控制響應(yīng)速度，能精確控制隨轉(zhuǎn)速變化的交流電流大小及頻率。但若電流環(huán)的響應(yīng)速度過大，會(huì)使電流環(huán)調(diào)整時(shí)的音頻噪聲較大，同時(shí)在電流很小時(shí)會(huì)引起電流環(huán)的震蕩，建議電流環(huán)響應(yīng)頻率的上限值是開關(guān)頻率的10%～20%為好。

對(duì)電流環(huán)的控制算法則采用積分分離的PI控制算法。其基本思路：當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)，取消積分作用，以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大;當(dāng)被控量接近給定值時(shí)，引入積分控制，以便消除靜差，提高控制精度。其流程框圖如圖5。

2 總結(jié)

這個(gè)方案用到了STM32F407芯片的眾多強(qiáng)大特性，如：DSP指令、浮點(diǎn)運(yùn)算單元、大容量的RAM和Flash、168 MHz的高主頻、Ethernet和加密協(xié)處理器。通過ST公司的眾多軟、硬件設(shè)計(jì)參考和貫穿開發(fā)各個(gè)階段的免費(fèi)軟件支持，使得廣大的電機(jī)控制開發(fā)工程師可以在最短的時(shí)間開發(fā)出性能強(qiáng)大的伺服控制產(chǎn)品。