CN111162705B - 一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用 - Google Patents

一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机控制技术领域，公开了一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用，永磁同步电机控制系统包括：速度控制模块、FOC算法模块、INTERUPT模块、Scaling子模块、位置信号处理子模块、电流检测子模块、初始转子定位模块、空间矢量控制信号生成模块、速度控制模块。本发明基于模型设计的方法进行控制系统的设计。MBD是一种高效的DSP代码开发方式，利用Simulink和CCS联合仿真并能自动生成代码的特点，大大缩短了开发周期，增强了代码的可移植性。在Simulink的工具箱中将各种型号的DSP的底层驱动都封装成一个模块，还有各种函数库都表现出其对电机控制代码开发的强大支持。

Description

一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用。
背景技术
目前，最接近的现有技术：传统的基于DSP的电机开发分为四个阶段：需求定义、设计程序算法、硬件实现和验证测试。在算法设计过程，往往首先在MATLAB/Simulink中对系统进行仿真，然后在DSP的开发环境CCS中进行程序代码设计，最后将执行结果与仿真结果进行比对从而微调程序。在这个过程中，必须在前一个阶段结束后才能开始下一个阶段，使得整个开发流程不能有机的结合起，从而引起了种种问题的出现，严重影响项目的开发效率。而且每一种电机的控制电路和微处理器也不一样，导致每换一次目标电机就需要重新配置寄存器等等问题。难以分辨当控制效果不理想的时候是电机参数导致还是算法不合适。
综上所述，现有技术存在的问题是：传统电机控制开方式存在效率低、安全性差，且代码可移植性差。
解决上述技术问题的难度：当针对某一目标电机做好控制后算法，需要将设计代码移植到别的微处理器上时，不同的处理器，不同的控制目标，又要重新调整和测试，而且还需要对目标和算法配置特别熟悉的工程师进行操作，费时费力。
解决上述技术问题的意义：使工程师可以很快进入项目开发，只要了解规格书和Simulink平台，易于调试和后期改良，成本大大减少，减少项目开发周期，增强代码可移植性，适合大规模的产品开发。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用。
本发明是这样实现的，一种永磁同步电机控制方法，所述永磁同步电机控制方法包括以下步骤：
第一步，创建将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；建立整个矢量控制系统模型，配置好底层驱动和I/O口。
第二步，搭建空间矢量控制信号生成单元，利用DSP自带的坐标变换模块和PID模块搭建SVPWM模块，生成6路PWM波；完成电流环闭环控制。
第三步，磁场定向控制算法所有输入信号都采用的是定点格式的Q17数据类型，所以空间矢量算法模型的输出数据格式也是Q17格式；在TIC2000系列的DSP中数据处理采用的是Unit16格式，要对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理。
第四步，提供QEP信号，还提供了一个标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次；QEP计数范围设置成65535；对QEP信号做数学处理，得到电机的角度和位置信号。
第五部，生成初始启动信号，在控制系统确定永磁同步电机位置信息之前提供旋转信号；产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动。
第六步，对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放处理，满足空间矢量脉宽调制子系统的要求；控制永磁同步电机的转矩；对于Simulink模块可通过添加常数2048实现，即归零处理。；将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流。
第七步，当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并且对永磁同步电机速度环进行闭环控制。
第八步，编译系统模型，将对CCS自动生成代码并烧写到DSP开发板中，打开驱动电源，运行程序控制电机转动。
进一步，所述永磁同步电机控制方法通过速度传感器产生的脉冲数量与电机的角度位移成正比，电机旋转一周产生的QEP信号均为1000，QEP电路对固定在电机轴上的光电编码器产生的正交编码脉冲QEPA和QEPB进行计数，计数器的频率是QEP信号的4倍，对于QEPA和QEPB为1000的信号，其计数循环周期为4000，CAP3会在每个QEP_index信号的上升沿产生一个中断，清零计数器T2，并同时将同步标志设为00F0；计数器T2在每个QEP_index的上升沿被清零，并重新开始计数；
在选用1000线的光电编码器时，电机每转将产生1000个QEP电脉冲，等于1000的整数倍时归零，重新从1开始计数；
Figure GDA0002374457250000031
电角度计算公式为：
ElecTheta＝计数脉冲个数×MechScaler×PolePairs；
其中，
Figure GDA0002374457250000032
对信号进行Q17乘法，首先对计数器脉冲做强制类型转换(fixdt(1,32,17))，对PolePairs×MechScaler也需要做修正处理。
进一步，所述永磁同步电机控制方法电流检测根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流即可，用Selector模块实现3选2功能。
进一步，所述永磁同步电机控制方法空间矢量控制信号α和β分量通过逆Clark方程转换并投影到参考相电压；对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理，采用PWMScaling模块实现。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述永磁同步电机控制方法的永磁同步电机控制系统，所述永磁同步电机控制系统包括：
速度控制模块，用于处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并对永磁同步电机速度环进行闭环控制；
FOC算法模块，用于控制永磁同步电机的转矩；
INTERUPT模块，用于将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；
Scaling子模块，用于对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放；
位置信号处理子模块，用于提供QEP信号，提供标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次；
电流检测子模块，用于将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流，-1代表最大负值，+1代表最大正值，根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流；
初始转子定位模块，用于产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动；
空间矢量控制信号生成模块，用于对输入的电压信号进行脉宽调制，输出6路PWM波，同时对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理；
速度控制模块，用于当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；采用DMC库函数自带的PID模块完成转速环闭环控制。
本发明的另一目的在于提供一种搭载所述永磁同步电机控制系统的永磁同步电机控制器，所述永磁同步电机控制器包括：PC机、驱动电路、电机控制器、目标电机和驱动电源；如图21。
PC机上的MATLAB/Simulink平台进行整个系统模型的搭建并进行实时仿真；计算机通过JTAG仿真器与DSP连接进行通信，将MATLAB/Simulink平台中的系统仿真模型生成C代码并下载到DSP板中运行；驱动电路包含电机的硬件驱动模块、电机数据的实时采集电路和一些故障保护电路；驱动电源给驱动系统供电；电机控制器以DSP板为核心，经过烧写控制代码后，生成相应信号来驱动功率驱动电路，从而对目标电机进行控制。
进一步，所述永磁同步电机控制器还包括：转速位置信号检测电路基于TLV2374I芯片的加法器增强三路QEP信号的强度，将另一端直接连入DSP的GPIO口；电阻阻值为10R；5V电源和GND之间有电容隔离，放大电路板输出的五个信号连接到28335开发板接口，三路QEP信号直接接入DSP的GPIO口处理，放大板电源和地公用开发板的地。
进一步，所述永磁同步电机控制器还包括：电流检测电路，电流的采集采用三电阻法，A/D通过三相分流电阻实现对电流的采集，采用ADCINA5、6两个接口接入驱动板的Iv、Iu端子，将采集的电流信号传输至DSP处理。
本发明的另一目的在于提供一种所述永磁同步电机控制方法在永磁同步电机控制中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种安装有所述永磁同步电机的轮轴。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明基于模型设计(MBD)的方法进行控制系统的设计。MBD是一种高效的DSP代码开发方式，利用Simulink和CCS联合仿真并能自动生成代码的特点，大大缩短了开发周期，增强了代码的可移植性。在Simulink的工具箱中将各种型号的DSP的底层驱动都封装成一个模块，还有各种函数库都表现出其对电机控制代码开发的强大支持。
附图说明
图1是本发明实施例提供的永磁同步电机控制系统的结构示意图；
图中：1、速度控制模块；2、FOC算法模块；3、INTERUPT模块；4、Scaling子模块；5、位置信号处理子模块；6、电流检测子模块；7、初始转子定位模块；8、空间矢量控制信号生成模块；9、速度控制模块。
图2是本发明实施例提供的永磁同步电机控制方法流程图。
图3是本发明实施例提供的电机控制系统模型设计开发流程图。
图4是本发明实施例提供的Id＝0矢量控制框图。
图5是本发明实施例提供的永磁同步电机FOC算法顶层模型示意图。
图6是本发明实施例提供的FOC算法模型示意图。
图7是本发明实施例提供的Scaling子系统模型示意图。
图8是本发明实施例提供的位置信号处理模型示意图。
图9是本发明实施例提供的获取相电流及补偿模型示意图。
图10是本发明实施例提供的斜坡信号生成单元示意图。
图11是本发明实施例提供的斜坡信号图。
图12是本发明实施例提供的空间矢量生成模块示意图。
图13是本发明实施例提供的空间矢量生成模块原理示意图。
图14是本发明实施例提供的速度模块示意图。
图15是本发明实施例提供的硬件总体结构图。
图16是本发明实施例提供的加法器电路示意图。
图17是本发明实施例提供的分流电阻位置示意图。
图18是本发明实施例提供的运行时速度波形示意图。
图19是本发明实施例提供的运行时线电压波形示意图。
图20是本发明实施例提供的运行时相电压波形示意图。
图21是本发明实施例提供的所述永磁同步电机控制器硬件示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种永磁同步电机控制系统、方法、控制器及其应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的永磁同步电机控制系统包括：
速度控制模块1，用于处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并对永磁同步电机速度环进行闭环控制。
FOC算法模块2，用于控制永磁同步电机的转矩。
INTERUPT模块3，用于将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级。
Scaling子模块4，用于对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放。
位置信号处理子模块5，用于提供QEP信号，提供标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次。
电流检测子模块6，用于将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流，-1代表最大负值，+1代表最大正值，根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流。
初始转子定位模块7，用于产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动。
空间矢量控制信号生成模块8，用于对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理。
速度控制模块9，用于当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；采用DMC库函数自带的PID模块完成转速环闭环控制。
如图2所示，本发明实施例提供的永磁同步电机控制方法包括以下步骤：
S201：创建将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；建立整个矢量控制系统模型，配置好底层驱动和I/O口。
S202：搭建空间矢量控制信号生成单元，利用DSP自带的坐标变换模块和PID模块搭建SVPWM模块，生成6路PWM波；完成电流环闭环控制。
S203：磁场定向控制算法所有输入信号都采用的是定点格式的Q17数据类型，所以空间矢量算法模型的输出数据格式也是Q17格式；在TIC2000系列的DSP中数据处理采用的是Unit16格式，要对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理。
S204：提供QEP信号，还提供标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次；QEP计数范围设置成65535；对QEP信号做数学处理，得到电机的角度和位置信号。
S205：生成初始启动信号，在控制系统确定永磁同步电机位置信息之前提供旋转信号；产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动。
S206：对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放处理，满足空间矢量脉宽调制子系统的要求；控制永磁同步电机的转矩；对于Simulink模块通过添加常数2048实现，即归零处理；将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流。
S207：当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并且对永磁同步电机速度环进行闭环控制。
S208：编译系统模型，将对CCS自动生成代码并烧写到DSP开发板中，打开驱动电源，运行程序控制电机转动。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
1MBD基本原理
在MBD的开发过程中，系统模型是整个控制系统设计的核心部分。图3为电机控制系统模型设计流程。首先根据项目的要求制定需求文件，然后在确定控制方案后根据电机的数学模型在MATLAB/Simulink平台上建立仿真模型，作为整个项目开发过程中不断细化的可执行的技术规范；不断对模型进行动态仿真，将缺陷暴露在项目开发初期，从而对模型进行修改和完善；再根据硬件设计对算法模型进行底层驱动配置，并将浮点模型转换为定点模型，以满足硬件精度要求；将完整的电机控制代码模型进行自动代码生成，并在CCS开发环境中对生成代码进行编译、运行和测试。在整个开发流程中，每个阶段都会同时进行验证和测试流程。Model Advisor、Design Verifier、Poly Space等测试工具在开发期间都会进行测试和分析，以及后期的软件行为测试(MIL、SIL、PIL)和硬件验证(HIL)。验证和测试活动在整个开发流程中非常重要，即保证了软件的可靠性，又能发现每个环节的种种问题，让工程师及早的修复和改正，提高了开发效率。
2矢量控制
2.1 PMSM数学模型
在建立PMSM的动态数学模型时，为了简化模型分析的复杂程度，我们通常对其作如下假设：
(1)忽略铁心损耗、磁滞损耗和涡流；
(2)忽略阻尼作用、电感影响；
(3)转子永磁体的磁场在气隙空间中正弦分布；
(4)定子感应电动势也为正弦波。
在基于以上几条假设的条件下，建立在d-q坐标系下的表贴式永磁同步电机的数学模型：
定子电压方程：
Figure GDA0002374457250000091
定子磁链方程：
Figure GDA0002374457250000092
电磁转矩方程：
Te＝1.5Pn[ψfiq+(Ld-Lq)idiq]；
电机运动方程：
Figure GDA0002374457250000093
式中，ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量；id、iq分别是定子电流的d-q轴分量；R是定子的电阻；ψd、ψq为定子磁链的d-q轴分量；Pn为极对数；ωe是电机转子电角速度；Ld、Lq分别是d-q轴电感分量；ψf代表永磁体磁链；J为机电系统转动惯量；B为阻尼系数；Te为电磁转矩；TL为负载转矩。
2.2矢量控制框图
在众多PMSM矢量控制策略中，由于Id＝0的控制方法模型简单易实现，所以应用最为广泛。其控制框图如图4。控制系统采用Id＝0的转速电流双闭环控制，nref为给定期望转速，整个系统由电流环调节器ACR、转速环调节器ASR、坐标变换、SVPWM模块、逆变器、传感器和目标电机构成。
3算法模型设计
3.1顶层算法模型
如图5所示的顶层模型为基于C2000DSP芯片TMS320F28335的永磁同步电机控制模型。为了达到简单高效的目的，本控制器的控制模型分为速度控制模块、FOC算法模块。INTERUPT模块创建将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；FOC算法模块是整个系统的核心部分，用于控制永磁同步电机的转矩；速度计算模块用于处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并且对永磁同步电机速度环进行闭环控制。
FOC内部框图如图6所示。FOC系统主要包括Scaling子系统、空间矢量脉宽调制(SVPWM)子系统以及信号接收和PWM生成模块。
3.2 Scaling子系统
Scaling子系统是对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放等处理，使其满足空间矢量脉宽调制子系统的要求；并且生成初始启动信号，在控制系统确定永磁同步电机位置信息之前提供旋转信号。如下图7所示。
3.3位置信号处理子系统
本发明使用的是1000线的光电编码器，除了提供传统的QEP信号，还提供了一个标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次。标志位QEP_index与DSP的捕获中断3相连，在相应服务中断程序中将清零计数器T2，使计数值界于0～4000，从而可获取转子位置的详细信息。
通过速度传感器产生的脉冲数量与电机的角度位移成正比，电机旋转一周产生的QEP信号均为1000。QEP电路可对固定在电机轴上的光电编码器产生的正交编码脉冲QEPA和QEPB进行计数，计数器的频率是QEP信号的4倍。对于QEPA和QEPB为1000的信号，其计数循环周期为4000。CAP3会在每个QEP_index信号的上升沿产生一个中断，清零计数器T2，并同时将同步标志设为00F0。因此计数器T2在每个QEP_index的上升沿被清零，并重新开始计数。
在选用1000线的光电编码器时，电机每转将产生1000个QEP电脉冲，等于1000的整数倍时归零，重新从1开始计数。
Figure GDA0002374457250000111
搭建的计数器模型如图8的方框所示。
电角度计算公式为：
ElecTheta＝计数脉冲个数×MechScaler×PolePairs；
其中，
Figure GDA0002374457250000112
对信号进行Q17乘法，首先对计数器脉冲做强制类型转换(fixdt(1,32,17))，对PolePairs×MechScaler也需要做修正处理。
3.4电流检测子系统
在PMSM中，需对三相中的a，b两相电流进行采样，但相电流并不是直流信号，而是近似正弦的信号，在一个周期内，电流会在正负间变换，而DSP芯片TMS320F28335的12位ADC是单极性的，因此首先应将一个-1.5～1.5V的双极性信号变成0～3V的单极性信号，即归零处理。对于Simulink模块可通过添加常数2048实现(12位AD转换器的最大输出为4096，那么1/2则为2048，即零对应最大负值-1.5V)。
为了提高PI控制器的运算精度，对于C2000器件有效的方法是将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流，-1代表最大负值，+1代表最大正值。根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流即可，用Selector模块实现3选2功能。搭建的获取相电流及补偿模型，如图9所示。
3.5初始转子定位系统
初始转子定位系统如图10所示，该子系统产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动，如图11所示。
3.6空间矢量控制信号生成单元
空间矢量生成模块采用的是Embedded Coder Support Package for TexasInstruments C2000 Processors/Optimization/C28x DMC库中自带的模块。DSP自带的库模块具有代码效率高，代码更加安全等特点，所以在此系统上选其作为子模块。如图12方框所示。
α和β分量通过逆Clark方程转换并投影到参考相电压。这些电压在输出中表示为PWM1(Ta)，PWM3(Tb)和PWM5(Tc)的占空比。
磁场定向控制算法所有输入信号都采用的是定点格式的Q17数据类型，所以空间矢量算法模型的输出数据格式也是Q17格式。在TIC2000系列的DSP中数据处理采用的是Unit16格式，所以要对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理，采用PWM Scaling模块实现。如图13方框所示。
3.7速度控制模块
当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1。当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8。采用DMC库函数自带的PID模块完成转速环闭环控制。
4硬件设计
4.1硬件总体结构
电机控制系统硬件平台主要由个人PC、驱动电路、电机控制器、目标电机和驱动电源几部分组成，如下图15所示。利用PC机上的MATLAB/Simulink平台进行整个系统模型的搭建并进行实时仿真，不断验证算法的可靠性。计算机通过JTAG仿真器与DSP连接进行通信，将MATLAB/Simulink平台中的系统仿真模型生成C代码并下载到DSP板中运行。功率驱动系统包含电机的硬件驱动模块、电机数据的实时采集电路和一些故障保护电路。利用增量式光电编码器测量电机在运行时转子的速度和位置。
电机控制系统硬件如图21。
4.2转速位置信号检测电路
如图16所示，本发明使用的是1000线的增量式光电编码器。由于输出信号幅值太低，设计一个基于TLV2374I芯片的加法器增强三路QEP信号的强度，将另一端直接连入DSP的GPIO口，让DSP做计数处理，并通过软件算法得到位置和速度信息。所用电阻阻值都为10R，这样并不改变信号本身的性质，只是对两路相同信号进行累加。并且5V电源和GND之间有电容隔离，进行滤波和提高稳定性。由放大电路板输出的五个信号连接到28335开发板接口，三路QEP信号直接接入DSP的GPIO口处理，放大板电源和地公用开发板的地。
4.3电流检测电路
电流的采集采用三电阻法，即A/D通过三相分流电阻实现对电流的采集，由于流过三相系统的三相电流的关系为：I1+I2+I3＝0，所以采集三相电流中的两相就可以推算出第三相电流值。分流电阻的位置如图18所示。采用ADCINA5、6两个接口接入驱动板的Iv、Iu端子，将采集的电流信号传输至DSP处理。
下面结合测试对本发明的技术效果作详细的描述。
本发明的控制系统的测试采用了以CAN总线为基础调试方法，通过CAN总线将数据波形在电脑上显示，能够更直观的让用户观察目标电机的运行状态。本测试方案使用了杰美康公司生产的42JSF630AS—1000型号电机。该电机参数以及光电编码器如表1、表2所示。
表1 永磁同步电机参数
Figure GDA0002374457250000131
表2 光电编码器参数
Figure GDA0002374457250000132
当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，如图18(其中外侧纵轴为设定速度，内侧纵轴为实际速度)。首先设定速度设为0.1，当电机开始转动，由编码器确定电机角度零点后，电机设定速度变为0.8，从图中可以看到电机的实际速度在40ms左右便达到设定速度，在200ms内对速度超调部分进行调节，使其稳定在设定速度，有良好的动态响应能力。图19和图20分别是电机在运行时电机侧的线电压和相电压。由于电机在运行状态，输出电压的波形处于不断变化的状态，占空比也在不断地变化。实验结果符合理论分析和工程要求，也充分说明了MBD开发电机控制代码的可行性和高效性。
综上所述，本发明的控制系统对于目标电机有良好的控制性能，从测试情况可以看出，该控制器的鲁棒性较强。而且通过基于模型设计的方式，本发明避免了在编写底层代码过程中可能存在的问题，相对于传统研发方式表现出了更强大的活力和稳定性，提高了代码执行效率以及安全性，使整个项目的开发过程更专注于算法设计。Simulink其自带的丰富的函数库以及图形化的设计风格，使整个设计过程更简单、更直观。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机控制方法包括以下步骤：
第一步，创建将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；建立整个矢量控制系统模型，配置好底层驱动和I/O口；
第二步，搭建空间矢量控制信号生成单元，利用DSP自带的坐标变换模块和PID模块搭建SVPWM模块，生成6路PWM波；完成电流环闭环控制；
第三步，磁场定向控制算法所有输入信号都采用的是定点格式的Q17数据类型，所以空间矢量算法模型的输出数据格式也是Q17格式；在TIC2000系列的DSP中数据处理采用的是Unit16格式，要对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理；
第四步，提供QEP信号，还提供标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次；QEP计数范围设置成65535；对QEP信号做数学处理，得到电机的角度和位置信号；
第五部，生成初始启动信号，在控制系统确定永磁同步电机位置信息之前提供旋转信号；产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动；
第六步，对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放处理，满足空间矢量脉宽调制子系统的要求；控制永磁同步电机的转矩；对于Simulink模块通过添加常数2048实现，即归零处理；将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流；
第七步，当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并且对永磁同步电机速度环进行闭环控制；
第八步，编译系统模型，将对CCS自动生成代码并烧写到DSP开发板中，打开驱动电源，运行程序控制电机转动；
所述永磁同步电机控制方法通过速度传感器产生的脉冲数量与电机的角度位移成正比，电机旋转一周产生的QEP信号均为1000，QEP电路对固定在电机轴上的光电编码器产生的正交编码脉冲QEPA和QEPB进行计数，计数器的频率是QEP信号的4倍，对于QEPA和QEPB为1000的信号，其计数循环周期为4000，CAP3会在每个QEP_index信号的上升沿产生一个中断，清零计数器T2，并同时将同步标志设为00F0；计数器T2在每个QEP_index的上升沿被清零，并重新开始计数；
在选用1000线的光电编码器时，电机每转将产生1000个QEP电脉冲，等于1000的整数倍时归零，重新从1开始计数；
Figure FDA0003357227820000021
电角度计算公式为：
ElecTheta＝计数脉冲个数×MechScaler×PolePairs；
其中，
Figure FDA0003357227820000022
对信号进行Q17乘法，首先对计数器脉冲做强制类型转换(fixdt(1，32，17))，对PolePairs×MechScaler也需要做修正处理；
所述永磁同步电机控制方法电流检测根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流即可，用Selector模块实现3选2功能。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机控制方法空间矢量控制信号α和β分量通过逆Clark方程转换并投影到参考相电压；对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理，采用PWM Scaling模块实现。
3.一种实施权利要求1～2任意一项所述永磁同步电机控制方法的永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述永磁同步电机控制系统包括：
速度控制模块，用于处理反馈的速度信息，将光电编码器的位置信息转换为速度信息，并对永磁同步电机速度环进行闭环控制；
FOC算法模块，用于控制永磁同步电机的转矩；
INTERUPT模块，用于将执行下游子系统的中断服务程序，设置模型基本样本速率优先级；
Scaling子模块，用于对反馈的速度与电流相位信息进行计算、缩放；
位置信号处理子模块，用于提供QEP信号，提供标志脉冲QEP_index，电机每旋转一周会触发一次；
电流检测子模块，用于将电流传感器采集到的相电流左移6位，形成归一化的Q17格式电流，-1代表最大负值，+1代表最大正值，根据克希荷夫电流定理只需测量ia、ib两项电流；
初始转子定位模块，用于产生一个周期为20s幅值为1的斜坡信号，用在永磁同步电机转子位置确定之前驱动永磁同步电机转动；
空间矢量控制信号生成模块，用于对输入的电压信号进行脉宽调制，输出6路PWM波，同时对磁场定向算法模型中的数据进行格式转换处理；
速度控制模块，用于当永磁同步电机初始启动时，永磁同步电机以低转速确定转子位置，设定速度为0.1；当永磁同步电机转子位置确定后，设定速度变为0.8；采用DMC库函数自带的PID模块完成转速环闭环控制。
4.一种搭载权利要求3所述永磁同步电机控制系统的永磁同步电机控制器，其特征在于，所述永磁同步电机控制器包括：PC机、驱动电路、电机控制器、目标电机和驱动电源；
PC机上的MATLAB/Simulink平台进行整个系统模型的搭建并进行实时仿真；计算机通过JTAG仿真器与DSP连接进行通信，将MATLAB/Simulink平台中的系统仿真模型生成C代码并下载到DSP板中运行；驱动电路包含电机的硬件驱动模块、电机数据的实时采集电路和一些故障保护电路；驱动电源给驱动系统供电；电机控制器以DSP板为核心，经过烧写控制代码后，生成相应信号来驱动功率驱动电路，从而对目标电机进行控制；利用增量式光电编码器测量电机在运行时转子的速度和位置。
5.如权利要求4所述的永磁同步电机控制器，其特征在于，所述永磁同步电机控制器还包括：转速位置信号检测电路基于TLV2374I芯片的加法器增强三路QEP信号的强度，将另一端直接连入DSP的GPIO口；电阻阻值为10R；5V电源和GND之间有电容隔离，放大电路板输出的五个信号连接到28335开发板接口，三路QEP信号直接接入DSP的GPIO口处理，放大板电源和地公用开发板的地。
6.如权利要求4所述的永磁同步电机控制器，其特征在于，所述永磁同步电机控制器还包括：电流检测电路，电流的采集采用三电阻法，A/D通过三相分流电阻实现对电流的采集，采用ADCINA5、6两个接口接入驱动板的Iv、Iu端子，将采集的电流信号传输至DSP处理。
7.一种如权利要求1～2任意一项所述永磁同步电机控制方法在永磁同步电机控制中的应用。
8.一种安装有权利要求7所述永磁同步电机的轮轴。
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