TI為其DSP芯片提供了配套的軟件開發環境——CodeComposerStudio(CCS),用戶可以在這個開發環境中完成軟件模塊的編寫,編譯,鏈接生成可執行代碼,然后通過下載工具將可執行代碼加載到實際的處理器中,通過配套的仿真器,可以在CCS的環境中在線查看變量的變化情況,這樣可以很方便的在線更改參數及觀察響應的波形,尋找系統最優配置參數。
設計中,東莞電機廠首先在Matlab仿真環境下對永磁同步電機的本體模型進行了分析,驗證控制算法的有效性之后,使用C語言在CCS開發環境中編寫模塊化控制程序,實現控制算法。
一、軟件設計方案
本次系統是基于矢量控制方法,選用PID控制策略作為電流環和速度環的控制算法,選取的調制方式是SVPWM調制方式。系統的控制框圖如圖1所示。外層是速度環,內層是電流環。采用模塊化的程序設計思路,即將圖中的每一個方框設計成一個程序模塊,暴露給外部的是電機輸入端和輸出端,各模塊之間通過輸入輸出信號相連,這樣在觀察程序變量及調試程序的時候,可以快速的定位到變量及有問題的模塊,提高了調試程序的效率,減少了代碼量,使程序清晰可讀。
系統設計能夠完成的功能如下:(1)實現dq坐標系下的電流控制;(2)實現轉速的控制;(3)實現位置隨動系統的控制;(4)通過上位機實時觀察系統的響應波形,包括電流,速度的響應波形。目前已經完成了前2條,其它的功能需要后續的工作繼續完成。
二、電流采樣時刻確定
永磁同步電機采用的是180°驅動的方式,為了獲取相電流信號,在設計系統硬件電路時,是在UV兩相下橋臂開關管與直流地之間串接采樣電阻來獲得相電流信號,這樣可以保證在下橋臂開通時刻能夠檢測到相電流;在下橋臂關斷的時刻,由于環球電機是感性負載,電流不會發生突變,所以當下橋臂關斷時,會出現電流續流的情況。由有效電壓矢量K切換到零矢量。時的續流圖如圖2。其它情況可以類似進行分析。
選取定時器下溢中斷作為系統電流的采樣時刻,調制方式選取SVPWM,這樣在每次。矢量作用后,比較匹配發生前,UV兩相上橋臂關閉,下橋臂開通;而在PWM開始到有效矢量作用之前的這段時間,由于二極管的續流,也可以保證UV相檢測到電流,所以這是一種可行的電流檢測方案。
三、SVPWM編程實現步驟
由電流控制器輸出可以得到dq相期望的相電壓,通過反Park變換得到a和相電壓和為了使程序具有通用性,以便適用于不同電源供電的逆變電路。
四、算法流程圖
系統設計中,使用事件管理器A(EVA)的定時器下溢中斷,在中斷處理程序完成電流采集,位置信號處理以及速度的計算,實現電流環,速度環和位置環的PID運算,以及矢量控制算法及SVPWM算法。程序設計采用模塊化的設計思路,每個功能單元都設計成一個單獨的模塊,各模塊之間依靠輸入輸出信息聯系。各模塊的流程圖如下。
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