338 基于DSP的全数字交流伺服驱动器设计与实现

第２７卷第４期

２００８年８月南昌工程学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏＪ．”Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００８文章编号：１６７４—００７６（２００８）０４—００３６—０５

基于ＤＳＰ的全数字交流伺服驱动器设计与实现

彭辉

（东莞华中科技大学制造工程研究院，广东东莞５２３８０８）

要：伺服驱动技术是自动化控制领域的关键技术之一，制造装备业对伺服驱动器提出了高集成度、快响应速

度、宽调速范围、高稳定性、强抗干扰能力的要求．简要阐述了交流永磁式同步电机的磁场定向控制原理，设计了一摘

款采用高性能基于ＤＳＰＴＭｓ３２０Ｆ２８１２为核心运动控制芯片．以智能功率模块ＦＭ１００ＣＶＡ１２０的ＩＰＭ为逆变器开关

元件。辅以Ａ＂１＇８９Ｓ５２的单片机进行控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯的全数字交流伺服驱动器．该驱动

嚣具有控制接口丰富、结构紧凑、宽调幅比等特点．

关键词：交流伺服驱动器；矢量控制；数字信号处理

中图分类号：ＴＨｌ３７．３文献标识码：Ａ

ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｉｇｉｔａｌＡＣ

ＰＥＮＧＨｕｉｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｓｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ

（ＤＧ－ＨＵＳＴＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄ，ｓｅｒｖｏ—ｄｒｉｖｅｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｍａｎｕｆａｃ－

ｔｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｙｄｅｍａｎｄｈｉｇｈｌｅｖｅｌｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｆａｓｔｅｒｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄ，ｗｉｄｅｓｐｅｅｄｒａｎｇｅ，ｈｉｓｈｓｔａｂｉｌ－

ｉｔｙ，ｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－．ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙｏｆ

ＡＣＰＭＳＭｐｒｉｎｃｉｐｉｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄａｈｉｓｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｉｇｉｔａｌＡＣＳｅＩＶＯｄｒｉｖｅｓ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｄＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８１２

ｔｈｅｉｎｖｅＲｅｒｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｓｕｐｐｌｅ

ｍｅｎｔｅｄｂｙＡＴ８９Ｓ５２ＭＣＵｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｅｔ。ｋｅｙｂｏａｒｄｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｔｈｅａｌｌ ｄｉｇｉｔａｌｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｓ８８ｔｈｅＣＯｒｅｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃｈｉｐｓ，ａｎｄＩＰＭｉｓＦＭＩＯＯＣＶＡ１２０

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＣｓｐｉｎｄｌｅｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅ；ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ

０引言

微电子、计算机、电力电子技术和电机制造技术取得的巨大技术进步，使得伺服驱动器作为一种传动装置在现代工业的各个领域得到了广泛的运用．随着微电子技术和功率电子技术的迅猛发展，伺服驱动器在经历了模拟式、模数混合式的发展后，进入了全数字式的时代．全数字交流伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等缺点，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活性．为此结合笔者的工作经验。介绍了交流伺服驱动器的硬件和软件的设计与实现方案，采用高性能的ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心运动控制芯片，以智能功率模块ＦＭＩＯＯＣＶＡ１２０的ＩＰＭ为逆变器开关元件，配合ＡＴ８９Ｓ５２的单片机，应用转子磁场定向矢量控制技术，设计了一款高性能全数字交流伺服驱动器．实现了伺服驱动器的位置控制、速度控制、转矩控制、ＪＯＧ控制和内部速度控制方式．同时它具有控制简单灵活、状态显示齐全、接口丰富、结构紧凑、宽调幅比等优点，越来越受到自动化行业的青睐．

１交流永磁式同步电机的磁场定向控制原理

矢量控制（ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒ０１），又称磁场定向控制（ｆｉｅｌｄ—ｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒ０１）是在２０世纪７０年代初由美国学者和收稿日期：２００８—０７—２０作者简介：彭辉（１９８２一），男，硕士生，助理工程师．

第４期彭辉：基于ＤＳＰ的全数字交流伺服驱动器设计与实现３７德国学者各自提出的．联邦德国西门子公司的Ｆ．Ｂｌａｓｃｈｋｅ等提出“感应电机磁场定向的控制原理”．美国Ｐ．Ｃ．Ｃｕｓｔｍａｎ和Ａ．Ａ．Ｃｌａｒｋ申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”，它们的诞生使交流伺服驱动技术在精细化方面上大大迈进了一步，以后在实践中许多学者进行了大量的工作，经过不断的改进，历经近３０年的时间，达到了可与直流调速系统的性能相媲美的程度．

永磁同步伺服电动机的模型是一个多变量、非线性、强耦合系统．为了实现动态过程的矢量控制，首先要实现解耦．转子磁场定向控制是一种常用的解耦控制方法．转子磁场定向控制实际上是将Ｏ如同步旋转坐标系统放在转子上随转子同步旋转．其ｄ轴（直轴）与转子的磁场方向重合（定向），ｑ轴（交轴）逆时针超前ｄ轴９００（电角度）．假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，磁滞、涡流等损耗忽略不计．关于永磁同步伺服机的矢量关系如图ｌ所示．

基于电机统一理论的结论可以得到转子坐标系（ｄ－ｑ轴

系）中的永磁同步电机定子磁链方程为妒，２吼：

ｉ．ＪｌＢ

奶＝Ｌｄｉ＇，ｌ＋妒，缈；＝Ｌｑｉ＇ｑ，

式中，矿为转子磁钢在定子上的耦合磁链；Ｌｄ，Ｌｑ为永磁同步

电动机的直、交轴主电感；ｉ：，ｉ；为定子电流矢量的直、交轴分

量．定子电压方程为：彳以＼／．二ｔ

ｕ＇ｄ＝ｒ，ｉ：ｆ＋ｐ邙／＇ｄ一∞１吵；，“；＝ｒ，ｉ；＋ｐ尘｛一ｃｃ，缈；，＼７７

式中ｕ：，ｎ：为定子电压矢量Ｈ．的ｄ，ｑ轴分量；∞为转子角频围Ｉ永磁同步伺服电机的矢量图

率．转矩方程为

Ｔａ＝Ｐ。（缈：￡；一垡弓ｉ＇ａ）＝Ｐ。［粤，ｉ；＋（厶一厶）ｉ＇ｄｉ；］．

从上式可以看出，永磁同步电动机的电磁转矩基本上取决于定子交轴电流分量和直轴电流分量．在永磁同步电动机中，由于转子磁链恒定不变，故可采用转子磁链定向方式来控制永磁式同步电机．为了简化控制系统常取ｆ：＝０，艺＝ｉ‘．这时，电磁转矩只与定子电流的幅值成正比即：乃＝Ｐ。∥＾

这与直流电机原理类似，通过调整直流量ｉ：来控制转矩，从而实现三相永磁式同步交流伺服电机力矩的控制参数解耦，达到了矢量控制的目的．．２伺服驱动器的硬件设计

全数字交流伺服驱动器的硬件部分采用耵公司的高性能ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心运动控制芯片，以三菱公司智能功率模块ＦＭ１００ＣＶＡ１２０的ＩＰＭ为逆变器开关元件，配合Ａｔｍｅｌ公司ＡＴ８９Ｓ５２的单片机来组成主回路、控制电路、数据采集电路，完成交流伺服驱动器的位置控制、速度控制、转矩控制、ＪＯＧ控制和内部速度控制、状态显示、数据交换等相关功能．其硬件结构图如图２所示．

２．１ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的基本结构

ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＣＰＵ是基于Ｃ２８ｘＴＭ的３２位定点内核，主频达１５０ＭＨｚ．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片具有高度集成的结构，在片内集成大量的外设，这些外设包括：事件管理器ＥＶＡ／ＥＶＢ、１６通道１２位模数转换器ＡＤＣ、看门狗定时器Ｗａｔｃｈｄｏｇ、通用输入输出引脚ＧＰＩＯ、多通道缓冲串行外设ＭｃＢＳＰ、改进ＣＡＮ总线接１３、双通道串行通信接１３ＳＣＩＡ／ＳＣＩＢ、串行外设接Ｉ：１ＳＰＩ等．与Ｃ２８ｘＴＭＤＳＰ以前的芯片相比，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是Ｃ２０００系列性能最高的芯片，实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法如无速度传感器的定向控制、运动轮廓的识别和功率因数的校正等，并且其代码与以前各个型号的ＤＳＰ兼容，它也是目前处理Ｃ／Ｃ＋＋代码效率最高的ＤＳＰ芯片（就Ｃ２０００系列而言）．由于诸多优点，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＤＳＰ有着广泛的应用空间．

３８南昌工程学院学报２００８年

三相

ＡＣ３８０Ｖ三相整流

器软启动电路卣流母线霍尔元件ＩＰＭ伺服电机逆变器

电源

门极驱动电路

ＡＣ２２０Ｖ故障检

测电路光电

ＤＳＰ

Ｔｇ￥３２０Ｆ２８１２控制电源开电一一一

ＲＳ２３２编码器

串行口蜇ｉ蘸

１００ＣＶＡ脉冲景Ｉ／Ｏ控制接口模拟量接口图２全数字交流伺服驱动器的硬件结构图２．２主回路交流伺服驱动器的主回路采用模块式设计，外接电源为三相ＡＣ３８０Ｖ，经过整流、逆变处理后对交流伺服电机供电，其中整流电源部分和交一直一交电压源型逆变器通过公共直流母线（ＤＣ击．逆变器采用三菱智能功率模块ＦＭ６６０Ｖ）进行连接，整流电源部分采用二级管整流模块，同时驱动器设计了软启动电路，可以减少强电对主回路直流平波电容的冲１２０．为了有效保护伺服驱动，在主回路中设置了过压、欠压、

电机过热、制动异常、编码器反馈异常、电机超速和通讯故障保护功能．在驱动器的工作过程中，通过软、硬件配合检测，一旦出现故障，就会将故障信号经逻辑电路后可直接封锁开关脉冲，来保护伺服驱动器不受损坏．２．３控制电路’

交流伺服驱动以，Ｉ．Ｉ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＤＳＰ为芯片核心，凭借ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２强大的功能来实现矢量变换、电流环、速度环、位置环控制、产生伺服脉宽调制信号以及各种故障保护处理等．为了实现系统的快速实时控制，系统在设计上采用了ＭＣＵＡＴ８９Ｓ５２＋ＤＳＰ结构，其中ＤＳＰ完成高速的矢量控制和闭环控制，ＭＣＵ完成控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯等，并且与ＤＳＰ之间的并行数据交换、外部Ｉ／Ｏ信号管理、位置脉冲指令处理及计数、故障信号处理、编码器计数等功能，系统可以支持模拟速度输入、数字速度输入、脉冲输入以及通过上位机对系统进行控制等多种方式．驱动器的控制电源采用开关电源供电，外接电源为单相ＡＣ２２０Ｖ．开关电源功率开关器件选用ＴＯＦ２２７Ｙ，该电源属于ＴＯＰ系列的第二代产品，其功率开关管耐压值高达７００Ｖ。具有以下显著特点．

（１）将脉宽调制控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制器、功率开关场效应管、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离、反激式开关电源的单片集成化．

（２）属于漏极开路输出并利用电源来线性调节占空比实现ＡＣ／ＤＣ变换，电流控制型开关电源．

（３）输入交流电压和频率的范围很宽．

（４）只有３个引出端．能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源，其控制端属于多功能引出端，可完成多种控制、偏置及保护功能。具有连续和不连续两种工作模式，反馈电路有４种基本类型，能构成各种普通型和精密型开关电源．

（５）开关频率的典型值为１００ｋＨｚ，允许范围是９０一１１０ｋＨｚ，占空比调节范围是１．７％一６７％．

（６）外围电路简单，仅须接整流滤波器、高频变压器、漏极嵌位保护电路、反馈电路和输出电路．

（７）芯片本身功耗很低，电源效率高，可达８０％左右，最高可达９０％．

（８）体积小、效率高，又具有线性稳压电源稳定性好、纹波电压低等优良特性．

（９）采用这种芯片能降低开关电源所产生的电磁干扰．

（１０）其工作温度范围是０．７０℃，芯片最高结温７０。＝１３５℃．

第４期彭辉：基于ＤＳＰ的全数字交流伺服驱动器设计与实现３９

对于电机光电编码器的供电电源，考虑其反馈信号线上的电压降落可能比较大，会影响到反馈信号的可靠性，因此采用带反馈调节的ＡＣ—Ｄｃ变换器单独供电．

２．４数据采集电路

为了捕捉电机的转子位置和转速，进行实时检测，采用光电编码器．该编码器分辨率为１０２４脉冲／ｒ，输出信号包括Ａ、Ｂ、ｚ脉冲信号，其中Ａ、Ｂ信号互差９０。（电角度），ＤＳＰ通过判断Ａ、日的相位和个数可以得到电机的转向和速度．ｚ信号每转一圈出现一次，用于位置信号的复位．光电编码盘脉冲信号送入ＤＳＰ后，经内部ＱＥＰ电路实现四倍频，因此电机每圈的脉冲数是４０９６个．其输出信号送人ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的Ｉ／Ｏ和ＱＥＰ单元后，即可通过位置的微分运算得到转速信号．采用磁平衡式霍尔电流传感器采样Ａ、Ｂ两相电流反馈ｉ。，“，获得实时的电流信息．

３伺服驱动器的软件设计

在伺服系统的设计中，在实时性允许的前提下，一般来说，总是尽可能的用软件资源代替硬件资源，以降低成本，简化硬件系统结构，提高系统的性价比．本驱动器采用的ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２８１２运动控制芯片就具备上述要求．它通过软件变成可以灵活的实现矢量ＩｒＷＭ输出、速度检测、电流检测等功能．为了配合硬件的设计，达到预期效果，其软件程序部分的设计主要包括主程序、中断服务程序、数据交换程序．

３．１主程序

主程序用来完成系统的初始化，Ｉ／Ｏ接口控制信号，ＤＳＰ内各个控制模块寄存器的设置等，然后进入循环程序．初始化工作主要包括：ＤＳＰ内核的初始化；电流环、速度环的周期设定；ＰＷＭ初始化，包括ＰＷＭ的周期设定，死区设定，以及ＰＷＭ的启动；ＡＤＣ初始化及启动；ＱＥＰ初始化；矢量和永磁同步电机转子的初始位置初始化；进行多次伺服电机相电流采样，求出相电流的零偏移量；电流和速度ＰＩ调节初始化等．所有的初始化工作完成后，主程序进入等待状态，以等待中断的发生，进行电流环和速度环的调节．其流程图如图３所示．３．２中断服务程序

中断服务程序包括：ＰＷＭ定时中断程

序、光电编码器零脉冲捕获中断程序、功率

驱动保护中断程序和通讯中断程序．其中Ｉ程序开始Ｉ

ＰＷＭ定时中断程序是用来对霍尔电流传感璐Ｐ内核初始化Ｉ

器采样Ａ、Ｂ两相电流ｉ。和ｉ６，进行采样，并

定标．根据磁场定向控制原理，计算转子磁ｌ电流环、速度环设定●

场定向角，然后来生成ＰＷＭ信号，对位置环

和速度环进行控制．其流程图如图４所示．光Ｉ刚、ＡＯＣ、咖始化Ｉ

电编码器零脉冲捕获中断程序可实现对编Ｉ变量和转子位置初始化ｌ

码器反馈零脉冲精确地捕获，从而得到交流●

永磁同步电机矢量变换定向角度的修正值；电流采样求出相电

流零飘移量

功率驱动保护中断程序则用于检测智能功

率模块的故障输出，当出现故障时。ＤＳＰ的ｒ１．

ＰＷＭ通道将被封锁，从而使输出变成高阻Ｉ电流、速度ＰＩ调节初始化ｌ

态；通讯中断程序主要用来接收并刷新控制

参数，同时设置运行模式．豳

３．３数据交换程序

数据交换程序主要包括与上位机的通

讯程序、ＥＥＰＲＯＭ参数的存储、控制器键盘值图３主程序流程图图４ＰＷＭ定时中断程序流程图的读取和数码管显示程序．其中通讯采用

ＲＳ２３２接１２１，根据特定的通讯协议接受上位机的指令，并根据要求传送参数和下载参数．ＥＥＰＲＯＭ的数据交换通过ＡＴ８９Ｓ５２ＭＣＵ来完成周期扫描和新显示和键值．

南昌工程学院学报２００８钲

４设计结果验证与分析

为了验证本全数字交流伺服驱动器的性能，采用华中数控的ＨＮＣ．２２ＭＤ数控系统来连接本次所设计的驱动器，并且带上交流伺服电机空载运行．交流伺服电机的型号为ＧＫ６０６３．６ＡＣ６１．ＦＥ．额定扭矩为１１Ｎ ｉｌｆｌ，额定电流５．６Ａ，额定转速２０００ｒ／ｍｉｎ，编码器输出脉冲为２５００脉冲／，．实验结果如图５、６所示．

６ｔ

‘昌

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媛

印０

—３／＼．．’．．．．２。＼／８０１００

时间／ｍｓ

图５电机相电流跟踪响应特性曲线三谄辩＿６、

图６电机空载时转速阶跃响应特性曲线

图５是电机的相电流跟踪响应特性曲线：从图中可以看出，本驱动器具有良好的低速响应特性．图６是电机空载时从静止到２０００／ｒａｉｎ的转速阶跃响应特性曲线．从图中可以看出，转速阶跃响应特性相当快，而且超调非常少．运行平稳．通过实验结果表明：本设计方案可以实现交流伺服器的位置控制、速度控制、转矩控制、ＪＯＧ控制和内部速度控制，同时具有较高的控制精度和较快的响应速度，它可以保证高速高精的设计要求．５结束语

本文提出了基于ＤＳＰ的全数字交流伺服驱动器设实现方案，该方案充分利用了ＤＳＰ的高速运算能力和丰富的片内外设资源，配合ＭＣＵ的使用，减轻了ＤＳＰ的负担．使伺服驱动器集实时处理能力和控制器的外设功能于一身，实现了驱动器的实时性和快速性．具有宽调速范围，较高的控制精度，良好的动静态性能和完善的保护功能．全数字交流伺服驱动器的使用。可以有效地提高制造装备业自动化的水平，推动社会的进步．参考文献：

［１］陈伯时．电力拖动自动控制系统［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．

【２］宋宝，唐小琦，吴建昆．全数字交流伺服驱动器设计与研究［Ｊ］．机械与电子，２００４，（１）：３９—４２．

【３］王爱祥，刘Ｅｌ宝．全数字交流伺服驱动器的研究［Ｊ］．现代雷达，２００６，（３）：６６—６９．

【４］邢杰．基于ＤＳＰ的全数字流伺服驱动器设计［Ｊ］．机械管理开发，２００５，（２）：５９—６０．［５］李叶松，宋宝，秦忆．全数字永磁式同步电机伺服系统设计［Ｊ］．电力电子，２００２，（３）：６６—６９．

基于DSP的全数字交流伺服驱动器设计与实现

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被引用次数：彭辉， PENG Hui东莞华中科技大学,制造工程研究院,广东,东莞,523808南昌工程学院学报JOURNAL OF NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY2008，27(4)0次

参考文献(5条)

1.陈伯时 电力拖动自动控制系统 1997

2.宋宝.唐小琦.吴建昆 全数字交流伺服驱动器设计与研究[期刊论文]-机械与电子 2004(01)

3.王爱祥.刘日宝 全数字交流伺服驱动器的研究[期刊论文]-现代雷达 2006(03)

4.邢杰 基于DSP的全数字流伺服驱动器设计[期刊论文]-机械管理开发 2005(02)

5.李叶松.宋宝.秦忆 全数字永磁式同步电机伺服系统设计[期刊论文]-电力电子 2002(03)

相似文献(10条)

1.期刊论文 彭辉.PENG Hui 基于DSP的全数字交流伺服驱动器的设计与实现 -重庆文理学院学报（自然科学版）2008,27(5)

阐述了交流永磁式同步电机的磁场定向控制原理,设计了一款采用高性能的DSPTMS320LF2407A作为核心运动控制芯片,以智能功率模块FM 100CVA120的IPM为逆变器开关元件,辅以AT89S52的单片机进行控制参数设定、键盘处理、状态显示、串行通讯的全数字交流伺服驱动器.该驱动器具有控制接口丰富、结构紧凑、宽调幅比等特点.

2.学位论文 辜小兵 基于DSP的交流伺服驱动器的设计与实现 2007

随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展，永磁同步电机(PMSM)在中低容量的运动控制系统中得到了广泛的应用，尤其是在伺服传动领域，永磁同步电机正在逐步取代步进电机、直流电机而成为伺服驱动的发展方向。

本文首先介绍了课题的背景及意义，并在此基础上分析了伺服系统的发展历史、现状以及新技术在伺服系统中的应用。针对PMSM的控制特点，提出了空间矢量控制的策略。详细阐述了PMSM矢量控制的原理，分析了磁场定向矢量控制的工作原理及控制方法，并对PMSM进行了数学建模，得到了PMSM的数学方程和转矩方程。

其后介绍了伺服驱动器控制板和功率电路的设计。控制板实现了PWM信号输出，码盘反馈信号输入，两相电流采集，上位机串口通讯，模拟量输入给定以及运算变量DAC转换输出。而功率电路包括了驱动板和主回路的设计。驱动板的主要功能是用IPM实现逆变电路，在功能上可以分为驱动电路、电流检测电路、故障信号处理电路、母线电压检测电路和电源电路；而主回路设计为功率回路的设计，包括了整流电路、软启动电路、吸收回路和制动电路的设计。

最后介绍了滑模变结构控制(VMC)的原理以及设计方法。文中分析了抖振产生的原因，并提出消除或削弱抖振的方法。在详细分析影响电流环性能的因素上，利用零极点配置的方法设计了电流环PI调节器，并在MATLAB上实现了仿真；速度环调节器采用的是滑模变结构控制器，分别以加速度信号和速度积分作为状态变量设计了两个滑模变结构控制器，最后在MATLAB上实现了仿真并比较优劣。

3.期刊论文 宋宝.唐小琦.吴建昆 全数字交流伺服驱动器设计与研究 -机械与电子2004,""(1)

介绍了一种全数字交流伺服驱动器的软硬件设计与实现方案,系统核心控制部分采用Technosoft的运动控制芯片MotinChip,采用智能功率模块 (IPM)构成主电路,具有结构紧凑、设计简单合理、控制灵活等特点.

4.学位论文 杨薇薇 无电流传感器的平缝机交流伺服驱动器研究 2005

高性能的永磁同步电机传动系统一般需要有高性能的电流（力矩）控制内环和转速、位置控制外环，这就需要控制系统具有高性能的电流、速度和位置反馈，这不仅增加了系统的复杂程度，也增加了生产和维护的成本。目前少传感器和无传感器的研究成为热点，比较典型的是在调速系统中不采用位置速度传感器，但在如工业缝纫机等有定位要求的系统中位置速度传感器往往是不能缺少的。于是本文提出了无电流传感器的控制方法。本文在电机专用控制芯片TMS320LF2407A的基础上，以永磁同步电机为研究对象，将其应用于驱动全自动高速平缝机，对无电流传感器的控制方法进行了研究。首先简单介绍了平缝机的系统结构，生产工艺及其设计要求。然后详细介绍了永磁同步电机的数学模型、调速原理、矢量控制原理和空间矢量脉宽调制，并给出了矢量控制的实现框图及矢量控制中必需的坐标变换。接着分析了无电流传感器系统的控制策略，提出了一种新颖的电流模块估算方法，依据由永磁同步电机的数学模型推导出的电压公式修改系统框图，并通过电流参考值和估算值实现电流控制构造电流模块。在分析了电流估算误差对系统的影响后，采用了基于平均值理论的死区补偿方法对死区时间引起的误差进行补偿。在MATLAB/Simulink环境下对无电流传感器的永磁同步电机调速系统进行了仿真，仿真结果证明了该方法的可行性，而且补偿后的系统具有较好的性能。最后，选择以TMS320LF2407A为核心器件组成系统硬件控制电路，并结合平缝机的控制进行了软件设计。在设计的平台上对有电流传感器的平缝机驱动控制系统进行了实验，实验结果表明该系统能较好完成预定的控制任务，达到了平缝机控制系统的设计要求。对此系统进行修改，即可得到无电流传感器的永磁同步电机控制系统的实现，实验结果表明该系统也能够较好的完成平缝机生产过程，进一步证明本文提出的无电流传感器的控制方法具有一定的实用价值。

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文章介绍了一种基于单芯片IRMCK210的高性能数字交流伺服驱动解决方案.首先阐述了交流伺服电机矢量控制的基本原理,然后详细介绍了芯片的内部功能模块及关键寄存器配置与作用,最后给出了一个全闭环交流伺服驱动系统的连线图.

6.学位论文 陈业嘉 基于DSP的交流伺服驱动系统的研究与开发 2001

该论文以创新课题"以DSP为控制核心的交流数字伺服驱动器"为背景,进行了交流伺服驱动器的理论研究与实践开发.该论文基于交流伺服驱动的空间矢量控制原理,设计并实现了基于DSP的交流伺服驱劝器硬件,并且实现了电机的电流环、速度环的闭环控制,完成了矢量控制在DSP中的实现,同时结合开发的上位机软件进行了系统实验,取得了比较理想的实验结果.该论文理论与实际相结合,实现了交流伺服驱动的基础控制模型,开发了基于DSP的100W交流伺服驱动器的样机,为今后开发自己的交流伺服驱动器系列产品打下了基础.

介绍了一种高性能的以永磁同步电动机为执行元件的全数字化伺服驱动器.该驱动器设计采用了IPM、FPGA、EPLD、以及TI公司的专用电机控制芯片TMS320LF2407A等高度集成的元件构成最小控制系统,最大限度地提高系统的工程可靠性.该系统的控制策略采用最大力矩电流比的矢量控制方法,充分发挥软件伺服的灵活性.结果表明,此驱动器有着很好的性能.

8.期刊论文 吴乾坤.杜坤梅 水轮机调速器中全数字交流伺服驱动器的研制 -黑龙江水专学报2004,31(1)

研制了一种应用于水轮机调速器的全数字交流伺服驱动器.采用磁场定向矢量控制和空间矢量脉宽调制方式,使整个设计在单片可编程逻辑器件(FPGA)中实现.实验结果表明,该驱动器具有良好的调速性能.

9.期刊论文 黄捷建.肖哲之 永磁交流伺服电机驱动系统在喷绘机的应用 -微电机2010,43(9)

针对高档喷绘机要求电机响应快、精度高、运行平稳等特点,设计了永磁同步电机(PMSM)及其矢量控制交流伺服驱动器.该文重点介绍了永磁同步电机和矢量控制驱动器组成的交流伺服系统.同时详细介绍了喷绘机小车轴电机负载计算方法.

10.期刊论文 黄鹏飞.王世均.高文宁.沙立君.HUANG Peng-fei.WANG Shi-jun.GAO Wen-ning.SHA Li-jun 永磁同步电机短路过渡焊接推拉送丝系统 -电力电子技术2010,44(8)

构建了永磁同步交流伺服电机推拉送丝短路过渡焊接的送丝系统.该系统以TMS320F2812型DSP为控制核心.采用智能功率模块PS21564制作了交流伺服驱动器,完成了永磁同步电机的电流、速度、位置的三环调节系统.电流环通过矢量变换、空间矢量脉宽调制(SVPWM)对电机的转矩进行控制,反映负载状况;速度环通过对速度校正可以提高系统的动态性能;位置环主要是对焊丝位置进行精确控制.实现了电机的正反转运行,实验证明系统响应速度快.运行平稳,送丝频率(电机正反转频率)达到了10Hz,为送丝系统的建立奠定了基础.

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下载时间：2010年12月18日

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