基于DSP步电机的矢量控制—翻译.doc

基于DSP步进电机的矢量控制 ——Dan Simon 克利夫兰州立大学 Dennis Feucht Innovatia实验室 摘要 电机驱动的SMC3已经建立了一个采用ADSP - 2101数字信号处理器(DSP)的模拟设备。SMC3的设计用于工作在拥有永磁电动机和许多极(通常是100)的两相一步电机。固件在SMC3 DSP驱动步进电机相绕组采用磁场定向控制,而不是使用单一的步骤。该方法得出了电机最大理论的有效性。本论文介绍了磁场定向控制,以及如何SMC3硬件和固件实现它。 介绍 电机步,是在工业应用中典型的驱动,也会表现出一些失控的行为,比如跳过步进共振等步骤。然而,这是由于使用的驱动方法不对,而不是由于电机本身。命名为“步进电机”表示电动机通常是如何推动的。 步电机成本低,因为他们的大量使用在工业,另一方面它们也能提供高转矩在给定的电机绕组电流(因为他们很多极)。这是为了实现低速位置控制,并为减少力与速度之间转换的机械设备如齿轮。 采用磁场定向控制的SMC3(也称为矢量控制),得出了电机最大理论的有效性。这种做法并不是普遍的,因为直到现在,电子元件约束之间的驱动还没能简化,如步进。此外,直到1980年中期年代全部电气机械动力学理论,提出并建立了[Kr89]。这对SMC3而言,不需要一个转速仪以为于速度来源于位置,位置是衍生自增量编码器或直接从电机的绕组电压。 本文的第二部分提供一些背景有关步进电机和矢量控制理论。第三部分论述了SMC3硬件的设计,并且第四部分论述了固件的设计。第五部分提出了一些实验结果,提出了第六部分作为结束语。 二、电机的矢量控制 步进电机是由SMC3的驱动两相电机，他们有两套电线卷绕在定子(静止部分运动)。这两个绕组互相垂直的,通常被看作绕组A（或1)和B(或2)。当绕组电流通过时, 它们产生的磁场会增加彼此矢量的定子磁链定向的生产。相互作用的定子磁链定向的转子磁铁产生转矩。当转子和定子直接对彼此产生通量,电机进入了一个稳定运行状态同时零力矩产生了。当转子和定子之间产生了通量,电机进入一个稳定平衡状态。其他相对方位的定子、转子的线圈绕制在电机转矩通量产生。例如，图一。 a位置1 b位置2 图一：步进电机图（引用自：/~jones/step/types.html） 图一描述了一个有标记为“1”和“2”两个绕组的两相步进电机。转子有六个极点（南北极）。在图一a中，显示了绕组1离开图片顶部的定子磁场 “北”,将进入图片底部的“南”。这将吸引转子进入显示的位置。如图一b显示如果作用于绕组1的力移除并转移到绕组2，然后转子将顺时针方向转动30°(一步)。如图一a显示如果作用于绕组2的力移除并转移到绕组1，然后转子会顺时针方向转动一个额外的30°。其次,如图一b显示如果绕组电流1被用于绕组2相反的方向，然后，转子会再顺时针旋转30°。最后，如图一a所示，如果绕组2的力移除，并且作用于绕组1，电机也会再旋转30°。 在这一点上我们通过一个完整的周期，已经了解了的电励磁,但电机只移动了120°,或者三分之一机械周期。一般而言,通过电频率之间的关系,给出了机械频率方程 fe?= fm ( P / 2 其中，P是电机的极对数，适用于SMC3的电机的极对数为100，所以fe??=?50 ( fm。 定子磁场可以以任意方向的适当比例的指挥,由A和b绕组电流通过维持定子磁场矢量90°(电气)在磁场向量的转子在的旋转方向，然后电动机被矢量控制,同时扭矩将最大(对于一个给定的电源电压)。如果绕组A和B的电流正弦波相位相差90°,然后产生的定子磁场向量会旋转在正弦波频率。 三、硬件设计 接下来的章节将描述各方面的SMC3硬件。SMC3功能图如图二且图三一个SMC3的相片。 DSP程序代码的储存在一个27128可编程只读存储器。重置DSP的根目录下程序代码,然后开始执行。其中一个原因为选择ADSP - 2100是一个双片式DSPs解决方案是可行的,因为单可编程只读存储器(TI不提供此功能)。一个20兆赫兹晶体振荡器被安装在SMC3底部一侧。 图二：SMC3硬件功能图 图三：SMC3照片 双PWM发生器 正弦波形产生两个高速DSP(绕组A组和B组)和频率和振幅的DSP计算。高速DSP固件接近正弦函数与five-term,发现four-quadrant级数展开[Ma92]。在这个正弦波PWM表格,被称为比率。正弦波应用于电机绕组功率驱动通过两个完整的定速(再一次,每次绕组)。为了稳态马达执行机构,这两个电机绕组电压必须在正弦波正交。每一个PWM准时是为九位(一个标志位,8级比特)。 18