【毕业论文】基于矢量控制的永磁同步电机控制器的设计与实现word文档（ 10页）㊣精品文档值得下载

制实现结构图图显示了坐标变换迭代反变换以及产生整个过程控制系统程序是个多时基定时步事件体系。

除了对串口进行扫描并判断命令主程序外，包括控制程序在内多个程序模块都是以定时器中断方式调用。

考虑到发生电流采集和位置检测都是用中断实现，为尽量避免多个事件在同意时刻对发出中断请求而造成竞争冒险，控制周期与载波周期之间没有倍数关系。

此系统中，采用作为控制周期，采用作为载波频率，采用作为电流和转子位置采集周期。

速度计算则是每个控制周期计算次。

软件实现流程如图所示。

主程序各项变量声明和声明设轴系随同转子以电角速度电角频率旋转，它空间坐标以轴与参考轴轴轴为相绕组轴线间电角度来确定。

经过坐标变换后坐标系中，永磁同步电动机基本电流方程可表示为将，轴系下两相电压转换为定子相上三相电压电机稳态电压方程可表示为永磁同步电动机电磁转矩可表示为由，可简化为式中分别为，轴电压和电流为三相电流为永磁同步电机极对数为永磁体基波励磁磁场链过定子绕组磁链为空载电动势。

由上式可见，经过坐标变换后，永磁同步电机电磁转矩公式获得了和直流电动机转矩样表达式。

所以通过检测定制绕组电流和转子位置角度，根据帕克变换原理，可以计算出实际和，通过调节器调节使实际值与给定值基本相等，即可实现永磁同步电机矢量控制。

控制算法调节控制规律为式中，为比例系数为积分常数。

对式离散化处理就可以得到数字调节算法式中，为采样序号第次采样时刻输出值第次采样输入偏差值积分系数开始进行控制时积分系数。

对式进步变化，令第次采样时刻输出值增量为即在调节中，参数增大，将使系统动作灵敏，运行速度加快。

在系统稳定情况下，增大参数，有利于减小稳态误差，提高系统精度，但是随着参数增大，系统响应过程中振荡次数会增多，调节时间会增长。

值太大，系统将趋向不稳定。

而积分常数太小时，系统将趋向不稳定，振荡次数增多而太大时，积分作用对系统性能影响将减小，不利于消除系统稳态误差，难以获得较高控制精度。

算法实现和程序流程在速度控制模式下，算法实现步骤如下根据旋转变压器解码数据计算电机转速和当前转子位置角。

根据转速设定和转速反馈值进行速度环计算，并将速度环计算结果作为电流环设定值。

分别获得电机三相电流，将三相相电流测量值，和根据当前转子位置角变换为变量和。

和变量为变换到旋转坐标系下正交电流。

在稳态条件下，和是常量。

比较实际值与给定值就得到各自误差信号。

给定值用以控制转子磁通。

给定值则用以控制电机转矩输出。

误差信号作为控制器输入。

控制器输出为和，也就是加到电机上电压矢量。

将变量和变换至静止参考坐标系，计算将产生正交电压值和。

和值经过反变换得到三相电压值和。

该三相电压值用来计算新占空比以生成所期望电压矢量。

图矢量控制实现结构图图显示了坐标变换迭代反变换以及产生整个过程控制系统程序是个多时基定时步事件体系。

除了对串口进行扫描并判断命令主程序外，包括控制程序在内多个程序模块都是以定时器中断方式调用。

此系统中，采用作为控制周期，采用作为载波频率，采用作为电流和转子位置采集周期。

速度计算则是每个控制周期计算次。

软件实现流程如图所示。

主程序各项变量声明和声明设进行帕克变换得到，和给出占空比数据，进行调制图程序流程图设计中重点问题电磁兼容设计电磁兼容设计是指设备在定电磁环境中能够正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受电磁干扰能力，设计目就是使设计电子设备或系统在预期电磁环境中实现电磁兼容。

系统中主要做如下考虑印制板布线先确定元器件在板上位置，然后布置地线电源线，再安排高速信号线，最后考虑低速信号线。

元器件位置应按电源电压数字模拟电路速度快慢电流大小等进行分组，以免相互干扰。

同时将所有电连接器安排在印制板侧，尽量避免从两侧引出电缆，减小共模辐射。

屏蔽设计屏蔽用来抑制电磁干扰沿空间传播，即是切断辐射干扰传播途径。

整个控制器机壳采用全密封设计，功率驱动与控制板之间用屏蔽板隔离。

所有外接信号线都采用频率电缆，并将屏蔽层可靠接地。

降低电磁辐射般综合系统中，电机及驱动都作为辐射源存在。

合适开关频率及波形可以有效降低电磁辐射高频成分。

另外在驱动电路部分增加合适吸收电路可以有效降低电磁辐射能量。

另外控制器内部功率电路走线会极大影响控制器辐射量级，这是因为斩波中高频成分会由于导线上寄生电感产生能量较大高频辐射，所以布线设计时应尽量减少导线寄生电感，建议用大面积平面导线传导电流。

结构设计上尽量避免功率电路在控制器内部形成回路，而应保持直进直出电路结构。

热设计热设计对提高产品可靠性至关重要，良好散热直接关系到产品运行状态和寿命。

设计过程中，主要在以下几个方面进行了热设计考虑。

功率器件冷却电机控制中功率器件需要流过电机驱动电流，它开关损耗和管压降损耗会在功率器件本身产生较大热量，般损耗都在总功率左右。

设计中我们选择液冷对功率器件进行冷板散热，有效降低控制器体积要求，并有很好冷却效果，保持额定负载下冷板温升不超过度。

电解电容散热电机控制中铝电解电容用于滤除控制中产生高次谐波，该谐波具有频率高能量大特点，会使电容有定温升，而电容工作温度直接关系到电容寿命和可靠性。

本次设计中将电解电容用定制夹板固定在控制箱体上，并在电解电容底部与壳体接触部位用导热硅胶固定，来增加控制器抗振动能力，二来降低热阻。

另外有效滤除电解电容上高频分量会极大程度上降低电容损耗，设计中还选用用高频无感电容并联在电解电容接线端上和接线端上。

控制板电子元器件布局印制板上器件尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列，发热量大或耐热性差器件散热较好部位，在水平方向上将充分利用控制器壳体进行散热，并在控制器外壳上增加散热筋。

环境适应性设计环境适应性包括高低温设计抗振动能力防水防尘防雨淋烟雾等。

设计中在元器件选择上充分考虑了产品高低温适应能力。

抗振动方面，首先在产品结构上进行考虑，其次在装配上给予考虑。

产品生产中再进行其它防护处理。

特别要强调是，由于控制器应用环境振动量级较大，控制器结构采用框架式结构，即采用体化成型铝制框架作为控制器整体支撑部件，其它器件与部件均安装在框架上。

框架安装上采用抗振胶垫在增强产品抗高频振动能力。

结论基于矢量控制永磁同步电机控制系统，利用了先进芯片和智能功率驱动模块，实现了电机快速，精确控制，并实现了可靠保护功能和良好用户接口。

产品具有体积小重量轻控制精度高效率高运行安全可靠特点，可广泛应用于航空航天，采矿冶金，交通工具，空调制冷等行业需要高精度驱动控制领域。

在此产品开发基础上，还可进行小功率和更大功率永磁电机控制器开发，正弦波矢量解耦控制方案非常实用于高性能伺服控制产品。

我公司正在此基础上开发了小功率伺服控制产品，调速比达到，产品具有控制精度高，调节时间快特点，振动噪声小，电磁辐射低特点。

参考文献，使用实现交流感应电机矢量控制。

王成元，夏加宽等，现代电机控制技术北京机械工业出版社，陈伯时，电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社，轴系随同转子以电角速度电角频率旋转，它空间坐标以轴与参考轴轴轴为相绕组轴线间电角度来确定。

经过坐标变换后坐标系中，永磁同步电动机基本电流方程可表示为将，轴系下两相电压转换为定子相上三相电压电机稳态电压方程可表示为永磁同步电动机电磁转矩可表示为由基于矢量控制永磁同步电机控制器设计完王谦北京林泉科技有限公司年月基于矢量控制永磁同步电机控制器设计王谦北京林泉科技有限公司摘要项目为我公司开发永磁同步电动机控制器，应用先进公司芯片和三菱公司智能功率模块，采用强弱电隔离技术构建了控制器硬件结构。

控制策略采用矢量解耦控制结合控制算法，对永磁同步电机进行实时磁场定向控制，始终保持最大转矩输出。

控制器同时集成了温度检测，电压检测，电流检测，缺相保护，过载保护和功率故障保护功能。

产品具有体积小重量轻，控制精度高，效率高，运行安全可靠特点。

关键字永磁同步矢量解耦磁场定向控制引言近年来基于永磁同步电机功率驱动系统开始广泛应用于快速精确工业驱动控制领域，并且功率越来越大。

其具有动态特性优良，转动惯量和时间常数较小，运行可靠，维护方便等特点。

针对市场需求，以功率为标点开发了大功率系列永磁同步电机控制器。

项目采用了当前较先进数字信号处理器智能功率模块等器件，实现了产品全数字化智能化小型化。

为了实现控制系统高性能要求，采用了先进空间矢量解耦控制算法，并结合改进型控制策略。

硬件电路设计控制器硬件结构整个控制系统是由速度环和电流环组成双闭环结构。

主控制芯片采用公司新代低功耗高速高精度数字信号处理器芯片，该芯片是工业界首批控制专用内含闪存以及高达数字信号处理器，专门为工业自动化光学网络和电机控制等应用而设计，芯片内核是当今数字控制应用方面性能最高内核。

系统采用旋转变压器作为电机转子位置传感器，并采用公司专门转换芯片作为解码芯片。

旋转变压器实际上是种精密控制微电机，具有运行可靠特点。