伺服电机开环实验报告.docx

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伺服电机开环实验报告

实验一伺服电机开环控制

1.实验简介

此程序实现的是控制交流伺服电机转速的功能。

通过此程序可以掌握如下几点：

A.如何控制电机定子磁场的角度和幅度（通过SVPWM模块）。

控制伺服电机，程序的功能就是如何去产生和控制电机定子磁场的角度和幅度，能输出任意角度和幅度的定子磁场，就有了控制电机的基础。

B.如何通过编码器得到电机的转子位置。

电机编码器输出的是ABZ三相信号，DSP内部自带有编码器信号接口模块QEP模块。

通过配置此模块，可以将外部的AB信号进行计数，当前的计数值除以一圈的脉冲数就是转子当前的角度。

得到转子当前的角度才能去控制电机定子磁场的角度。

C.如何缓冲外部输入信号。

用户设置的输出，可能一下从0到一个很大的值，这样电机一下就得到一个很高的电压，而此时电机并没有转起来，没有反电势，此时电流就会很大，达不到软启动的效果。

次程序通过一个斜坡函数”Rmp_cntl”模块，将输入信号进行缓冲，达到软启动的效果。

D.如何通过测得的转子位置运算成当前的速度。

程序中通过一个固定的时间间隔1ms，测两次转子的位置，两次转子位置的差除以时间，就能得到当前的速度。

现在简单介绍下伺服电机运行的原理，电机产生输出力是转子磁场和定子磁场作用的结果。

要让电机旋转，就要让定子磁场在空间上超前或滞后转子磁场90°，这样输出的力都是用来做机械功率。

这个方向的力就是QS。

如果超前的不是90°，而是其他角度，这个角度可以分解成一个垂直转子磁场，和平行转子磁场的力。

垂直的产生力的输出，平行的就能强化或弱化转子磁场。

一般情况是只输出垂直转子磁场的力，这样发热最小，效率最高。

2.程序框图

此程序实现的是交流伺服电机的开环调速。

通过显示板设定输出占空比，占空比信号输入给”Rmp_cntl”模块（此模块产生斜坡函数，输出需要再一定时间内线性加大或减小逐步达到输入，这样可以消除输入突变产生的抖动），模块的输出再作为”Ipark”模块Qs的输入。

3.实验流程图

4.模块说明

4.1斜坡控制模块Rmp_cntl

功能：

此模块产生一个斜坡上升和斜坡下降的功能。

输出变量EqualFlag会设置成7FFFFFFFh，当输出变量SetpointValue等于输入变量。

技术资料：

当TargetValue>SetpointValue时

SetpointValue=SetpointValue+_IQ（0.0001）

SetpointValue大于最大限制值时SetpointValue=RampHighLimit

当TargetValue

SetpointValue=SetpointValue-_IQ（0.0001）

SetpointValue小于最小限制值时SetpointValue=RampLowLimit

4.2IPARK模块

功能：

次模块完成的是旋转磁场到静止磁场的变换。

技术资料：

模块完成的是如下等式

4.3Svgendq模块

功能：

此模块计算一个合适的占空比以产生一个电机定子电压矢量，使用空间PWM技术。

定子电压矢量使用的是Ualpha和Ubeta两个变量

技术说明：

空间矢量脉宽调节器（SVPWM）通过一个三相电压逆变器产生。

下图为产生SVPWM的硬件示意图。

三相功率逆变模块硬件图如上图Figure1和Figure2。

它能产生8种可能的开关状态通过功率器件的开或者关。

这些开关组合能将母线电压输出到电机作为电机相电压。

各种开关状态如下图：

Clarke变换等式如下：

上面等式写成矩阵如下：

（a，b，c）一共有八种可能的状态，则VsαandVsβ也相应的能产出八种有限的输出值。

VsαandVsβ的值与（VAN,VBN,VCN）值的关系列出如下表:

Vsα和Vsβ的值在Table2已列出，（α,β）组成的基本空间矢量由（c,b,a）不同的开关状态决定。

Table2中的最后一列列出的是空间矢量值对应着开关量（c,b,a）。

例如（c,b,a）=001则空间矢量为U0。

八种基本的空间矢量由功率器件的开关状态所决定，如Figure3所示。

空间矢量PWM技术（SVPWM）的目的是产生一个近似的电机定子电压矢量Uout，通过两个基本的开关状态的组合产生。

参考电压矢量Uout被产生通过（α,β）矢量的组合，表示为Ualpha和Ubeta。

Figure4表示出参考电压矢量，和产生它的（α,β）矢量组合U0andU60。

图中也画出了U0和U60产生的α和β方向的分量。

ΣVsβ表示的是β轴U0和U60的合成矢量量，ΣVsα表示的是α轴U0和U60的合成矢量。

如图Figure4所示，参考电压矢量Uout是由U0和U60矢量合成的。

所以可以写成如下等式：

T1和T3分别是U0和U60在周期T中占据的时间。

T0是无效矢量的时间。

这些矢量的时间可以通过如下等式计算：

从Table2和Figure4可以得出空间向量的幅值是2VDC/3。

最大的相电压幅值为VDC/√3，矢量幅值归一化后得到的是2/√3。

所以|U0|=|U60|=2/√3。

上面两个等式可以写成

Ualpha和Ubeta也可以对比最大相电压（VDC/√3）归一化为一个比例值。

周期剩余的部分用无效矢量T0填充。

有效矢量的时间占据总的周期的等式，可以列出如下等式：

用同样的方式，如果Uout在矢量U60和U120之间，|U60|=|U120|=2/√3（对比最大相电压VDC/√3归一化），则有效矢量的时间可以写成如下等式：

现在如果定义3个变量X,Y和Z等于如下等式：

当Uout在U0与U60矢量之间t1=-Z,t2=X。

当Uout在U60与U120矢量之间t1=Z,t2=Y.

用相同的方式t1和t2能呗计算出当Uout在各个区间的值，如下表所示：

Uout分解成（α,β）两个方向的分量，也可以分解成相等相位差的三个方向的分量。

这就是把Ualpha和Ubeta变化成相等相位差的三个方向的变量Vref1,Vref2和Vref3。

按照下面列出的CLARKE反变换的等式：

以下方程描述出（α,β）变量和参考电压变量：

从最后三个等式能够决定矢量所在的扇区：

扇区变量的等式可以写成：

sector=4*c+2*b+a

5实验过程

硬件连接（实图参照软、硬件安装使用说明那个word）：

1.控制板与功率版通过排线连接。

控制板与显示板通过排线连接

2.控制板J4通5V电源。

3.功率板SIP4通15V电源。

4.功率板SIP1通36V电源。

5.功率板SIP5中W接电机动力线中黑色线，V接红色线，W接蓝色线。

6.电机编码器接头插在控制板JP8。

程序下载：

1.仿真器USB端口插在电脑USB接口。

2,.建立调试，点击

debug，待程序与运行后，查看是否有错误。

3、如果没有错误，点击

，进行程序烧入芯片之后进入调试状态。

4程序下载完成后，拔掉插在开发板上的仿真器芯插头，然后按复位按钮。

5此时显示板显示“S00”（S含义是servo,00含义是代表输出占空比），1.5秒后显示“0”（含义为当前的转速）。

当按下按键设置占空比，显示板会切换到占空比数据，然后延时1.5秒后会自动切换的实时转速。

按键的含义如下：

2Key：

输出占空比提高10%

3Key：

输出占空比提高1%

5Key：

输出占空比归0

6Key：

输出占空比降低10%

7Key：

输出占空比降低1%

6正转操作，按KEY2提高占空比，数码管上显示是当前的占空比，停止改变占空比后1.5秒显示当前转速。

7停止操作，按KEY5电机匀减速停止。

8反正操作，按KEY6降低占空比，数码管上显示是当前的占空比，停止改变占空比后1.5秒显示当前转速。