svpwm永磁同步电机控制系统设计软件子系统
本文首先简要介绍永磁同步电机控制系统的概况和结构，位置伺服控制原理，电压空间矢量SVPWM技术原理，闭环位置伺服系统软件设计，接着给出三相永磁同步电机位置伺服控制系统及其DSP实现算法，最后介绍了基于SVPWM永磁同步电机控制系统软件子系统的软件设计的仿真及验证结果。实验结果表明设计的基于SVPWM永磁同步电机硬件系能够满足所需要求,实现了定位、调速、加减速、转速显示等功能。关键词SVPWM，永磁同步电机，控制系统，软件子系统设计
目 录
1 引言 2
1.1 课题研究的背景和意义 2
1.2 永磁同步电机的国内外发展状况 3
2 永磁同步电机控制系统 4
2.1 永磁电机的结构 4
3 位置伺服系统控制原理 5
3.1 直接驱动位置伺服系统 6
3.2 闭环位置伺服控制系统硬件结构框图 7
4 电压空间矢量SVPWM技术的基本原理 8
4.1 电压矢量与磁链矢量的关系 8
4.2 磁链轨迹的控制 10
4.3 PMSM转子磁场定向矢量控制技术概念 10
4.4 典型的转子磁场定向FOC控制PMSM变频调速系统 12
5 闭环位置伺服系统软件设计 19
5.1 位置检测和速度计算 19
5.2 电流调节器设计 24
6 软件设计及验证结果 25
6.1 CCS3.3软件开发环境介绍 25
6.2 主程序部分 25
6.3 中断服务 26
6.4 主要子程序模块 27
6.5 永磁同步电机矢量控制系统的仿真 29
6.6 实验结果 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录 40 1 引言
电机控制系统的发展历程从主驱动机电转换的方面来看，通过机械控制系统，机电联动控制系统,到达电气控制系统电力转换器的电机控制系统；从控制电路的方面来说，模拟电路、数字和模拟混合电路，全面发展到数字电路控制系统;从控制策略方面来讲， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
最初有一个低效的控制阶段，其次是低效无级控制，然后修改为高效的无级控制，目前开发到智能控制系统以实现高性能，神经元或神经网络控制，模糊逻辑控制，神经网络控制等电机控制系统;从电力电子控制器的结构来看，由巨大的管控系统，低功耗晶体管控制系统，大功率非自断电开关晶闸管控制系统发展到全控型电力电子器件，只有电动机控制系统的各种电源转换器是AC/DC可控整流器，DC/DC斩波器，DC/AC逆变器，AC/DC/AC交叉转换器，AC /AC循环变频器和矩阵转换器。
当下，电力电子和微型计算机技术得到了迅猛发展，小型化、智能化的电机控制已经成为了发展方向的重要趋势之一。如ROTORK公司研发出来的IQ系列，搭配先进的红外技术可以实现多种现场总线的控制，使得整个系统外形小，布局调试方便。国外电机生产厂家一直在电机研究上走在世界前列，对照国外公司的电机执行机构的产品可以看出，电机伺服机构正朝着数字化、机电一体化、网络化、总线化方向发展[1]。本文的控制对象为永磁同步电机，以TMS320F2812芯片为核心设计电机控制系统，实现定位、调速、加减速等功能。通过实验验证，该设计的可行性以及可靠性得到验证。
1.1 课题研究的背景和意义
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，已经由交流电力传动取代液压和直流传动。
永磁同步电机具有高转矩、高功率密度、高效率、高功率因数以及电气常数时间小等特点，它所构成的伺服传动系统成为高精度、微进给系统中的最佳执行机构。二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国（以德国和日本为首）掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。
随着微机技术的发展、指令周期的缩短、计算功能的增强、存储能量的增加，数字化PWM将有更广阔的前景。数字化PWM是PWM控制技术发展的主流方向。但传统的SVPWM法比较适合于模拟电路实现，而不适应现代电力电子技术数字化的发展趋势。故一直以来人们都在努力研制一种新型的易于实现数字化的PWM控制方法。
八十年代中期，国外学者H.W.Vander.Broek等在交流调速中提出磁链轨迹控制的思想，进而发展产生了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的概念。SVPWM法是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机的定子的理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式作适应的切换，从而形成PWM波。SVPWM控制技术是一种优化了的PWM控制技术。与传统的SVPWM法相比，SVPWM法具有直流利用率高（比传统的SVPWM法提高了15%左右），谐波少，程度上可以缓解开关频率与开关损耗之间的矛盾问题。正是由于SVPWM控制的这些优点，使得本课题的研究具有现实意义。
1.2 永磁同步电机的国内外发展状况
目 录
1 引言 2
1.1 课题研究的背景和意义 2
1.2 永磁同步电机的国内外发展状况 3
2 永磁同步电机控制系统 4
2.1 永磁电机的结构 4
3 位置伺服系统控制原理 5
3.1 直接驱动位置伺服系统 6
3.2 闭环位置伺服控制系统硬件结构框图 7
4 电压空间矢量SVPWM技术的基本原理 8
4.1 电压矢量与磁链矢量的关系 8
4.2 磁链轨迹的控制 10
4.3 PMSM转子磁场定向矢量控制技术概念 10
4.4 典型的转子磁场定向FOC控制PMSM变频调速系统 12
5 闭环位置伺服系统软件设计 19
5.1 位置检测和速度计算 19
5.2 电流调节器设计 24
6 软件设计及验证结果 25
6.1 CCS3.3软件开发环境介绍 25
6.2 主程序部分 25
6.3 中断服务 26
6.4 主要子程序模块 27
6.5 永磁同步电机矢量控制系统的仿真 29
6.6 实验结果 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录 40 1 引言
电机控制系统的发展历程从主驱动机电转换的方面来看，通过机械控制系统，机电联动控制系统,到达电气控制系统电力转换器的电机控制系统；从控制电路的方面来说，模拟电路、数字和模拟混合电路，全面发展到数字电路控制系统;从控制策略方面来讲， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
最初有一个低效的控制阶段，其次是低效无级控制，然后修改为高效的无级控制，目前开发到智能控制系统以实现高性能，神经元或神经网络控制，模糊逻辑控制，神经网络控制等电机控制系统;从电力电子控制器的结构来看，由巨大的管控系统，低功耗晶体管控制系统，大功率非自断电开关晶闸管控制系统发展到全控型电力电子器件，只有电动机控制系统的各种电源转换器是AC/DC可控整流器，DC/DC斩波器，DC/AC逆变器，AC/DC/AC交叉转换器，AC /AC循环变频器和矩阵转换器。
当下，电力电子和微型计算机技术得到了迅猛发展，小型化、智能化的电机控制已经成为了发展方向的重要趋势之一。如ROTORK公司研发出来的IQ系列，搭配先进的红外技术可以实现多种现场总线的控制，使得整个系统外形小，布局调试方便。国外电机生产厂家一直在电机研究上走在世界前列，对照国外公司的电机执行机构的产品可以看出，电机伺服机构正朝着数字化、机电一体化、网络化、总线化方向发展[1]。本文的控制对象为永磁同步电机，以TMS320F2812芯片为核心设计电机控制系统，实现定位、调速、加减速等功能。通过实验验证，该设计的可行性以及可靠性得到验证。
1.1 课题研究的背景和意义
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，已经由交流电力传动取代液压和直流传动。
永磁同步电机具有高转矩、高功率密度、高效率、高功率因数以及电气常数时间小等特点，它所构成的伺服传动系统成为高精度、微进给系统中的最佳执行机构。二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国（以德国和日本为首）掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。
随着微机技术的发展、指令周期的缩短、计算功能的增强、存储能量的增加，数字化PWM将有更广阔的前景。数字化PWM是PWM控制技术发展的主流方向。但传统的SVPWM法比较适合于模拟电路实现，而不适应现代电力电子技术数字化的发展趋势。故一直以来人们都在努力研制一种新型的易于实现数字化的PWM控制方法。
八十年代中期，国外学者H.W.Vander.Broek等在交流调速中提出磁链轨迹控制的思想，进而发展产生了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的概念。SVPWM法是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机的定子的理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式作适应的切换，从而形成PWM波。SVPWM控制技术是一种优化了的PWM控制技术。与传统的SVPWM法相比，SVPWM法具有直流利用率高（比传统的SVPWM法提高了15%左右），谐波少，程度上可以缓解开关频率与开关损耗之间的矛盾问题。正是由于SVPWM控制的这些优点，使得本课题的研究具有现实意义。
1.2 永磁同步电机的国内外发展状况
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