同步電機(jī)——調(diào)速永磁同步電動機(jī)矢量控制運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)

    一、驅(qū)動系統(tǒng)概述

圖10一5為調(diào)速永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)簡圖，本節(jié)以80C196KC單片機(jī)為硬件核心，并與其他硬件電路相結(jié)合，以PL / M語言進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)。單片機(jī)通過8253計(jì)數(shù)器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算電機(jī)速度，實(shí)現(xiàn)速度的PI調(diào)節(jié)及交軸電流限幅，完成坐標(biāo)變換，然后通過DAC1210數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)給定電流數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。同時，單片機(jī)可直接通過自身帶的A / D轉(zhuǎn)換讀取由電位器輸人的轉(zhuǎn)速模擬給定。定子電流的滯環(huán)調(diào)節(jié)及電流調(diào)制所需的三角波信號都由硬件電路實(shí)現(xiàn)，以節(jié)約CPU資源。通過電流傳感器檢測電機(jī)三相電流以獲得電流反饋和保護(hù)所需的電流信號。通過能耗制動單元防止快速降速及停機(jī)所引起的過電壓對系統(tǒng)的影響，由電壓傳感器檢測母線電壓以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過電壓及欠電壓保護(hù)。

二、位置傳感器的選用及安裝

永磁同步電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng)需要檢測轉(zhuǎn)子的精確位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置按正弦電流波形給出相電流，因此轉(zhuǎn)子位置檢測精度直接決定了電機(jī)的控制精度。有多種傳感器可供選擇，包括旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁電編碼器、齒輪編碼器等。磁電編碼器、齒輪編碼器難以滿足永磁同步電動機(jī)的高響應(yīng)頻率和高位置分辨率要求。旋轉(zhuǎn)變壓器在高速運(yùn)行時其輸出信號畸變較大，從而導(dǎo)致較大的測量誤差，而且具有較大的體積和重量。因此，采用光電編碼器作為永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測器件較為理想。光電編碼器分為絕對式編碼器和相對式編碼器兩種，前者能夠直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置，且不受電機(jī)反復(fù)起動和停轉(zhuǎn)的影響，是永磁同步電動機(jī)速度位置檢測的理想選擇。但目前的絕對式編碼器難以滿足高速運(yùn)行要求，因此采用增量式編碼器作為永磁同步電動機(jī)位置和速度檢測裝置，并在軟件上采取相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕對位置的檢測。

以LMA增量式編碼器為例。該編碼器響應(yīng)頻率為100kHz，分辨率（整周線數(shù)）為100，最高持續(xù)機(jī)械轉(zhuǎn)速可達(dá)s000r／而n 。編碼器應(yīng)保證其同步信號（編碼z相信號）透光光柵位于電機(jī)永磁磁極軸線上，以利用該信號作為位置計(jì)數(shù)的復(fù)位信號，消除位置檢測的積累誤差。因此在安裝時，使編碼器同步信號位于a相反電動勢波形的過零點(diǎn)，如圖10一19所示。

三、位置和速度的采樣

以可編程計(jì)數(shù)器8253配合單片機(jī)的定時器1進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度信號的采集。8 253有3個功能相同的16位計(jì)數(shù)器，分別是計(jì)數(shù)器O 、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2，它與編碼器輸出信號及單片機(jī)的連接如圖10一20所示。光電編碼器的a相輸出信號經(jīng)放大整形后接至8253計(jì)數(shù)器。和1的時鐘輸人端，整周信號（z相）經(jīng)大整形后接至計(jì)數(shù)器。的門控輸人，單片機(jī)CLKOUT引腳輸出的時鐘信號經(jīng)10分頻后接至計(jì)數(shù)器2的時鐘輸人，計(jì)數(shù)器2的輸出作為單片機(jī)的外部中斷源。發(fā)生中斷時，單片機(jī)讀計(jì)數(shù)器O，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對位置。顯然，可通過調(diào)整計(jì)數(shù)器2的初值調(diào)整轉(zhuǎn)子位置的采樣周期。如計(jì)數(shù)器2的初值為o14oH( 320 )，則轉(zhuǎn)子位置的采樣周期為400拌S，能夠保證電機(jī)在600Or / min時，每3600電角度范圍采樣25次轉(zhuǎn)子位置，從而保證最高速時給定電流的正弦性。連續(xù)兩次讀計(jì)數(shù)器1，同時通過單片機(jī)定時器1記錄讀取計(jì)數(shù)器1的時間便可計(jì)算電機(jī)的速度?？梢钥闯?，計(jì)數(shù)器。的初值應(yīng)為編碼器整周線數(shù)的整數(shù)倍（編碼器輸出信號一般需倍頻），而計(jì)數(shù)器1的初值應(yīng)為最大值（0000H）。