相永磁同步电机的无传感器磁场定向控制FOC.pdf

应用报告 ZHCA555–July 2013 3相相永永磁磁同同步步电电机机的的无无传传感感器器磁磁场场定定向向控控制制 Bilal Akin and Manish Bhardwaj 摘摘要要 这份应用报告提出了一个用 TMS320F2803x 微控制器来控制永磁同步电机 (PMSM) 的解决方案 TMS320F2803x 器件是 C2000 微控制器的系列部件，此微控制器能够通过减少系统组件实现用于三相电机 的智能控制器的成本有效设计，并且提高了效率 借助于这些器件，有可能实现诸如磁场定向控制 (FOC) 等更加精准的数字矢量控制算法 本文档中讨论了这个算法的实现 FOC 算法在很大速度范围内保持高 效，并且通过处理一个电机的动态模型来将具有瞬态相位的转矩变化考虑在内 解决方案提出的方法免除了对 相位电流传感器的需要，并且使用一个观察器来实现速度无传感器控制 这份应用报告涵盖了以下内容： •磁场定向电机控制原理的理论背景 •基于模块化软件块的递增构建级 •试验结果 内内容容 1简介...........................................................................................................................2 2永磁电机......................................................................................................................3 3同步电机运行................................................................................................................3 4磁场定向控制 (FOC)........................................................................................................4 5FOC 的基本系统配置.......................................................................................................8 632 位 C2000™ 控制器在数字电机控制 (DMC) 方面的优势..........................................................10 7TI 文献和数字电机控制 (DMC) 库.......................................................................................11 8硬件配置（HVDCMC R1.1 套件）......................................................................................15 9递增系统构建...............................................................................................................18 10参考书目....................................................................................................................41 图图片片列列表表 1一个具有永磁对极转子的三相同步电机...................................................................................3 2转动中的定子磁通和转子磁通间的交感产生了一个导致电机转动的转矩.............................................4 3分激直流电机模型（单独控制磁通和转矩，流经转子绕组的电流确定产生的转矩量）.............................4 4定子电流空间矢量和其以 (a，b，c) 形式表示的分量...................................................................6 5静止基准框架内的定子电流空间矢量和其分量..........................................................................6 6(α，β) 和 d，q 旋转基准框架内的定子电流空间矢量和其分量........................................................7 7针对交流电机的 FOC 基本系统配置......................................................................................8 8d，q 旋转基准框架内的电流、电压和转子磁通空间矢量以及它们与 a，b，c 和 (α，β) 静止基准框架的关 系..............................................................................................................................9 9PMSM 无传感器磁场定向控制的总体方框图..........................................................................10 10一个 3 相感应电机驱动实施..............................................................................................13 11系统软件流程图............................................................................................................14 12使用交流电源生成直流总线电源.........................................................................................16 C2000, Code Composer Studio are trademarks of Texas Instruments. All other trademarks are the property of their respective owners. 1ZHCA555–July 20133相永磁同步电机的无传感器磁场定向控制 SPRABQ3 — 版权 2013, Texas Instruments Incorporated 简介 13使用外部直流电源为反相器生成直流总线..............................................................................17 14观察窗口变量...............................................................................................................18 15SVGEN，Ta，Tb，Tc 和 Tb-Tc 波形的输出..........................................................................19 16DAC-1-4 输出显示 Ta，Tb，Tc 和 Tb-Tc 波形........................................................................20 171 级 - 递增系统构建方框图...............................................................................................21 18使用 volt1 模块，rg1.Out 和 svgen_dq1.Ta 来计算相位 A 和 B 电压。

22 19Svgen_dq1.Ta，rg1.Out 和相位 A 和 B 电流的波形..................................................................23 202 级 - 递增系统构建方框图...............................................................................................24 21rg1.Out，测得的 theta 和相位 A 和 B 电流波形.......................................................................26 223 级 - 递增系统构建方框图...............................................................................................28 23测得的 theta，估算出的 theta (SMO)，rg1.Out 和相位 A 电流......................................................30 244 级 - 递增系统构建方框图...............................................................................................31 255A 级 - 递增系统构建方框图.............................................................................................34 265B 级 - 递增系统构建方框图.............................................................................................36 27相位 A 和 B 电流波形，计算得出的相位 A 电压，以及无负载和 0.3pu 速度下，SMO 估算出的 theta........38 28相位 A 和 B 电流波形，计算得出的相位 A 电压，以及 0.33pu 负载和 0.5pu 速度下，SMO 估算出的 theta.........................................................................................................................38 29监控来自 PWMDAC 输出的 0.33pu 步长-负载和 0.5pu 速度下的同步基准框架内定子电流的磁通和转矩分 量......。