同步電機——調(diào)速永磁同步電動機矢量控制運行的實現(xiàn)

    一、驅(qū)動系統(tǒng)概述

圖10一5為調(diào)速永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)簡圖，本節(jié)以80C196KC單片機為硬件核心，并與其他硬件電路相結(jié)合，以PL / M語言進行編程，設(shè)計并實現(xiàn)該控制系統(tǒng)。單片機通過8253計數(shù)器檢測電機轉(zhuǎn)子位置，計算電機速度，實現(xiàn)速度的PI調(diào)節(jié)及交軸電流限幅，完成坐標(biāo)變換，然后通過DAC1210數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)給定電流數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。同時，單片機可直接通過自身帶的A / D轉(zhuǎn)換讀取由電位器輸人的轉(zhuǎn)速模擬給定。定子電流的滯環(huán)調(diào)節(jié)及電流調(diào)制所需的三角波信號都由硬件電路實現(xiàn)，以節(jié)約CPU資源。通過電流傳感器檢測電機三相電流以獲得電流反饋和保護所需的電流信號。通過能耗制動單元防止快速降速及停機所引起的過電壓對系統(tǒng)的影響，由電壓傳感器檢測母線電壓以實現(xiàn)系統(tǒng)的過電壓及欠電壓保護。

二、位置傳感器的選用及安裝

永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng)需要檢測轉(zhuǎn)子的精確位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置按正弦電流波形給出相電流，因此轉(zhuǎn)子位置檢測精度直接決定了電機的控制精度。有多種傳感器可供選擇，包括旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁電編碼器、齒輪編碼器等。磁電編碼器、齒輪編碼器難以滿足永磁同步電動機的高響應(yīng)頻率和高位置分辨率要求。旋轉(zhuǎn)變壓器在高速運行時其輸出信號畸變較大，從而導(dǎo)致較大的測量誤差，而且具有較大的體積和重量。因此，采用光電編碼器作為永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測器件較為理想。光電編碼器分為絕對式編碼器和相對式編碼器兩種，前者能夠直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置，且不受電機反復(fù)起動和停轉(zhuǎn)的影響，是永磁同步電動機速度位置檢測的理想選擇。但目前的絕對式編碼器難以滿足高速運行要求，因此采用增量式編碼器作為永磁同步電動機位置和速度檢測裝置，并在軟件上采取相應(yīng)措施實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子絕對位置的檢測。

以LMA增量式編碼器為例。該編碼器響應(yīng)頻率為100kHz，分辨率（整周線數(shù)）為100，最高持續(xù)機械轉(zhuǎn)速可達(dá)s000r／而n 。編碼器應(yīng)保證其同步信號（編碼z相信號）透光光柵位于電機永磁磁極軸線上，以利用該信號作為位置計數(shù)的復(fù)位信號，消除位置檢測的積累誤差。因此在安裝時，使編碼器同步信號位于a相反電動勢波形的過零點，如圖10一19所示。

三、位置和速度的采樣

以可編程計數(shù)器8253配合單片機的定時器1進行電機轉(zhuǎn)子位置和速度信號的采集。8 253有3個功能相同的16位計數(shù)器，分別是計數(shù)器O 、計數(shù)器1和計數(shù)器2，它與編碼器輸出信號及單片機的連接如圖10一20所示。光電編碼器的a相輸出信號經(jīng)放大整形后接至8253計數(shù)器。和1的時鐘輸人端，整周信號（z相）經(jīng)大整形后接至計數(shù)器。的門控輸人，單片機CLKOUT引腳輸出的時鐘信號經(jīng)10分頻后接至計數(shù)器2的時鐘輸人，計數(shù)器2的輸出作為單片機的外部中斷源。發(fā)生中斷時，單片機讀計數(shù)器O，得到電機轉(zhuǎn)子的絕對位置。顯然，可通過調(diào)整計數(shù)器2的初值調(diào)整轉(zhuǎn)子位置的采樣周期。如計數(shù)器2的初值為o14oH( 320 )，則轉(zhuǎn)子位置的采樣周期為400拌S，能夠保證電機在600Or / min時，每3600電角度范圍采樣25次轉(zhuǎn)子位置，從而保證最高速時給定電流的正弦性。連續(xù)兩次讀計數(shù)器1，同時通過單片機定時器1記錄讀取計數(shù)器1的時間便可計算電機的速度?？梢钥闯?，計數(shù)器。的初值應(yīng)為編碼器整周線數(shù)的整數(shù)倍（編碼器輸出信號一般需倍頻），而計數(shù)器1的初值應(yīng)為最大值（0000H）。