dsp2812 实现三相异步电动机FOC控制方案.docx

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dsp2812实现三相异步电动机FOC控制方案

DS-ＭCKⅡ（dsp2812）实现三相异步电动机ＦOC控制方案

实验概述:

ﻩ本实验分５步测试逐步完成从开环控制到转速、电流双闭环控制,每步编译用到的模块不同。

下面给出本程序中所有模块及对应步骤所编译到的模块。

表2-1

软件模块

步骤1

步骤２

步骤3

步骤４

步骤5

EＮ_DRＩVE

√

PWMDＡC

√

ＲAMP＿GEN

√

RAMP＿ＣＮTＬ

√

I_ＰARK

√√

√

ＳVGEN＿DQ

√√

√

PＷM＿DRV

√√

√

IＬＥG2＿DCBUS_ＤRV

√√

√

ＰHASＥ_VOLＴＡGE_CALC

√√

√

CLＡRKE

√√

√

ＰAＲＫ

√√

√

CAP_ＥVENT＿DＲV

√√

√

SPEED_PＲ

√√

√

PID_ＲEG3（ＩD）

√√

√

PID_REG3（IQ）

√√

√

CUR_MＯD

√√

√

PID＿REＧ3（SPEED）

√√

图标√表示本步骤用到此模块，图标√√表示本步骤要测试的模块

下面再给出每个模块的输入与输出量名称及其量值格式

表2-2

软件模块

输入量

输出量

名称

格式

名称

格式

EN_DRＩＶE

EnableFlag

GPＩOＡ6

GPIOA1１

GＰＩO　寄存器

PWＭDAC_DRV

ＰWＭDACＩＮPOINＴＥR０

PＷＭDACINPOINTER1

PWMDACINPOIＮTER２

Poｉnteｒｓ　toQ1５vａriaｂles

ＣMPＲ４

CMPＲ5

CMPR6

Ｔ3PER

EVB寄存器

RＡＭP＿ＧEN

Ｆrｅq

Oｆfset

Gａin

ＩQ

Out

ＩQ

RAMＰ＿CＮTL

TargeｔValue

ＩＱ

ＳetpoiｎtValｕｅ

ＩQ

I_ＰARK

Dｓ

Qｓ

Angｅl

IＱ

Ａｌpha

Bｅta

ＳVＧEN_DＱ

Ualphａ

Ubeｔa

ＩQ

Tｃ

PWM_DＲＶ

ＭfuncＣ1

ＭfuｎcC2

MfunｃC3

MfuncPeriod

Q15

CMPR1

CMPR2

CMPR3

Ｔ１ＰER

EV　reｇｉｓters

ILEＧ2_DCBUS＿DＲV

AＤCＩＮｘ／y/z

ADＣH／Wｐiｎs

ImeaｓA

ＩmｅaｓB

ImeaｓC

VｄcＭｅas

Ｑ1５

PHASE_VOLTAGE＿ＣＡLC

MfunｃC1

MfuｎcC2

MｆｕnｃC3

DcＢusVolt

VphａｓeA

ＶpｈaseB

VphａsｅC

Vaｌpha

Ｖbeｔa

CLARＫE

Ａs

Ａlpｈa

Bｅtａ

ＰARK

Alpha

Beｔa

Aｎgle

CAP_EＶENT_DRV

CＡPn

EVH/Wｐiｎ

ＦIFOｎ

Eｖ寄存器

SＰEED_FR

ＴimeSｔamp

EventＰｅrｉｏd

ＩnpｕtSｅlect

Ｏut

PIＤ＿REG3

Ref

Fｄb

ＩQ

Out

IＱ

CUR_ＭＯD

Iｄs

Iqｓ

Ｗｒ

ＩＱ

Theta

（一）、ＦＯC控制原理简介

ＦＯC即磁场定向控制,它的基本思路是利用d-q旋转坐标变换,将定子电流分解成励磁电流Ｄｓ　和转矩电流Ｑs。

在调速的过程中保持转子磁链ψ2　不变,即让Ｄs＝常数，此时，交流电动机的调速原理与直流电动机相同，控制定子电流的转矩分量Qs就象控制直流电动机的电枢电流，可以线性的调节交流电动机的输出转矩。

（二）、系统组成方案及功能模块划分

系统包含15个软件模块，下图给出了步骤5中系统的功能模块划分和模块间的相互关系。

图２-１

（三）、系统测试步骤和方法

步骤1、步骤1矢量计算和PWM生成测试实验

图2－1－1给出了实验程序功能框图,图2-１－2给出了实验程序的软件流程。

本步骤完成最小系统检查的任务,其中只用到表2-1步骤１中标记的功能模块。

以下给出步骤１中的控制参数及其调节范围

ＥnabｌeFlａg：

0、1；启停控制位

ＳpｅeｄRef：

（０~0.99）;速度给定值

VdTesｔinｇ：

（0~0.9）；D轴电流给定

VqTesｔinｇ:

（0~0.9）;Q轴电流给定

图2-1-１实验功能框图

图2－1-2　实验软件流程

在实时模式下打开watｃhｗindoｗ窗口的Bｕild1标签改变SpｅｅdＲef输入参量的值,从而改变斜坡信号和正弦波的频率。

在实时模式下修改waｔcｈ　wｉndow窗口中的VdTeｓtｉng、VqTesｔｉnｇ值,可以改变输出正弦波的幅值。

对应VdTesｔｉng等效直流电机中的励磁给定,VqTesｔiｎg直流电机中的转矩给定（即电枢电压给定）。

利用图形显示功能观测输出量Ta、Tｂ、Tc和Ta-Tｂ的波形随输入参数改变的变化情况。

首先按操作规范完成“仿真器和实验箱”或者“仿真器和TechＶＣPＵ板”的连接,并接通它们的电源,在不连接功率单元的情况下先测试ＰWM输出是否正确。

操作方法是：

启动CCＳ软件,用“Ｆile——ｗorksｐace”菜单命令打开“ACI３＿3_２81Ｘ\ｃIQmath\ｂuｉlｄ”文件夹下的wｏｒkspace文件“acｉ3_3＿２81ｘ_ｃcs２ｘ.ｗkｓ”文件;将头文件“builｄ.h”中的编译指令BＵILＤＬEVEL设为“LEＶEＬ１”　;然后重新编译连接程序;加载并在实时模式下运行（ＲＵN）编译完成的“acｉ3＿3.oｕt”程序；Wａtchwｉndow选中Build1标签，将图形显示窗口Chaｎnal1&２、Chａnｎａl3&４、watcｈwiｎdｏｗ改为连续刷新。

设置EnablｅFlag值为1。

启动程序。

改变SｐeｅdRｅf、VdTesting、ＶｑTｅstｉng值，观测图形显示窗口波形变化如下。

图2－１－５Ta和Tb波形　　图2－１-6Tc和Ta-Ｔb波形

步骤2、电流、直流母线电压、速度测试

此步骤在步骤1的基础上增加对电压、电流采样模块、clａrke/park变换模块、速度测量计算模块的测试。

图2－2－1给出了实验程序功能框图，图2－2-2给出了实验程序的软件流程。

以下给出步骤2中的控制参数及其调节范围

ＥnaｂｌeFlag：

0、１；启停控制位

SpeedＲef:

（0~0.99）;速度给定值

ＶdTｅｓting:

（0~0．６）；Ｄ轴电流给定

VqTestｉｎg：

（0～0.6）;Ｑ轴电流给定

图２－2-1“步骤二”功能框图

图2-2-2“步骤二”软件流程

在实时模式下打开wａtchwindｏw窗口的Buiｌd２标签改变SpeedRｅf输入参量的值，从而改变斜坡信号和正弦波的频率。

在主电路电源打开的情况下、电机空载转速在SpeedRef=0.99时可达到14５0转／分。

在实时模式下修改watcｈ　wiｎdｏｗ窗口中的VdＴestiｎg、ＶqTeｓｔiｎｇ值,可以改变输出正弦波的幅值。

对应VdTesting等效直流电机中的励磁给定，此步中为定值0.25。

没有特殊情况可不改变此值。

ＶqＴesting直流电机中的转矩给定，空载时给０，当电机带负载后可适当增加。

注意VqTestinｇ、VｄTeｓｔiｎｇ越大电机电流越大。

可观察图形显示窗口中的Chａnnal3&４中Ia和Ib电流的幅值，当其正弦波电流畸变为非正弦时说明VqTｅsｔing、VdTｅsting给定已经超出允许范围，应立即停止电机！

在实验过程中不要长时间给定很大值使电机工作。

首先，根据操作规范，对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。

启动ＣCS软件，用“Fiｌe——ｗorkｓｐacｅ”菜单命令打开“ACI3＿3＿281X\cＩQmath\bｕild”　文件夹下的ｗorkspａce文件“acｉ３＿3_28１ｘ_cｃｓ２ｘ.ｗks”文件；将头文件“buiｌd.h”中的编译指令BＵILDLEＶＥL设为“ＬＥVＥL２”；用“Pｒoject——Builｄ”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行（RUＮ）“aci3＿３.out”程序;接通主电路电源；选中Waｔcｈ　winｄow　Buｉld２标签将图形显示窗口Cｈannａl1&2、Cｈannaｌ3&4、wａtchwindow改为连续刷新。

设置EnａｂlｅFｌag值为１。

启动程序。

改变ＳpeedRef、VdTesting、VqTｅstｉnｇ值,观测图形显示窗口波形变化。

此时如果逆变电路正确，则电机缓慢启动，并逐渐达到给定转速;在实时模式下修改SpｅｅdＲef的值（0~０.９９），相应电动机的转速发生变化。

为下一步实验测量Iｄ的ＰＩＤ限幅值:

测量Iｄ的ＰＩD限幅值:

SｐeedRef＝0.5使VｑTeｓting＝0,增加VｄTesting直到图形显示中Ta的幅值为1,此时的ＶdTestinｇ值即为下一步中IdＰID的即幅值（±0．６）。

注意：

同步骤一一样VdTｅｓtinｇ、VqTeｓting不要给太大值使电机长时间工作。

观测Tａ、RMＰGENoｕtput、Ia、Ib的波形。

图2-2－3Ta和RＭPGEN　outpｕt　　　　图２-2－４Ia和Ib

步骤3、两个电流PI调解器测试

在步骤2的基础上增加对DQ轴电流调节模块功能的测试和转速测量。

进行本试验前要首先完成以上两步实验,将电流反馈信号整定好。

图２-３－1给出了实验程序功能框图，图２-3-2给出了实验程序的软件流程。

以下给出步骤３中的控制参数及其调节范围

EnableFlag:

０、1;启停控制位

SpeedRef:

（0~0.99）；速度给定值

ＩｄRef：

（０～0.6）;D轴电流给定

IｑRef:

（０~0.6）；Q轴电流给定

图2-3-2“步骤3”软件流程

此步除调整以上参数以外可以在主程序aci3_３.ｃ中找到初始化Id的PID_REG3和Iq的PIＤ_RＥG3,改变其比例、积分、微分参数。

使电机获得更加好的的启动过程。

首先，根据操作规范，对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件，接通控制电源。

启动ＣCS软件，用“Fｉle——woｒksｐaｃe”菜单命令打开“ACＩ3_３_2８1X\cＩＱｍａｔh\buｉlｄ”　文件夹下的workｓｐacｅ文件“aci3＿3_281x_ccs2x.ｗks”文件;将头文件“buｉld．h”中的编译指令BＵIＬDLＥVEL设为“LEVEL3”;用“Prｏｊect——Bｕｉｌd”菜单命令编译连接程序;编译完成后，加载并在实时模式下运行（RUN）“acｉ3_3.oｕt”程序；接通主电路电源;选中WaｔchwｉndowBｕｉｌd3标签，将图形显示窗口Chanｎａl１&2、Ｃｈａnnaｌ3&4、watcｈwｉｎdow改为连续刷新。

设置EnablｅFlag值为1，启动程序。

改变SpeedRef、ＩdRef、ＩqＲef值,观测图形显示窗口波形变化。

此时如果参数给定正确，则电机缓慢启动，并逐渐达到给定转速;在实时模式下修改SpeeｄReｆ的值（０~０.９９）,相应电动机的转速发生变化。

观测Ta和RMＰＧENoutpuｔ、Ia和转速如图所示:

图2-4-3Tａ和RMＰGENouｔput　　图2-４－４Ia和转速

注意:

同步骤一一样IdReｆ、ＩqRｅf不要给太大值使电机长时间工作。

　图2-３-1“步骤3”功能框图　　　　　　　　　　

步骤4、电流模型测试

在步骤3的基础上增加对电流模型模块功能的测试。

电流模型模块从“PＡＲＫ变换”模块和速度测量模块获取输入值，将计算得到的输出值送给“CUR_MOD模块”。

此实验前需要整定电流反馈信号。

图２-4-１给出了实验程序的软件流程，图２-4－２给出了实验程序功能框图。

以下给出步骤4中的控制参数及其调节范围

ＥnableＦlag:

0、1;启停控制位

SpeedRｅf：

（0~０.9９）;速度给定值

IdＲef：

（0～０．６）;D轴电流给定

IqReｆ：

（0~0.6）;Q轴电流给定

qep1.ＣalｉｂraｔedAnｇｌｅ:

（0x０000~0xＦFFＦ）;光电编码器角度对位

图2-4-1“步骤４”软件流程

此步骤与上一步操作上是一样的,只是增加了对CUR＿MＯD模块的观测,实验中观测CUＲ＿MＯＤ模块的输出Tｈetａ的方向要与RＭPGEN输出output相同。

若相反，将电机组中的光电编码器连接到电动机的另一端，从而改变光电编码器采得的旋转方向。

首先，根据操作规范，对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。

启动ＣCＳ软件,用“File——wｏｒksｐaｃｅ”菜单命令打开“ACＩ3＿３＿28１X\cIQmath\build”文件夹下的ｗoｒkspａce文件“ａcｉ３_３_281x＿ccｓ2x．wks”文件；将头文件“buｉlｄ.h”中的编译指令BＵＩＬDＬＥVEL设为“LEＶEL4”；用“Project——Build”菜单命令编译连接程序;编译完成后，加载并在实时模式下运行（RUN）“ａci3_３.out”程序;接通主电路电源;Ｗatcｈwｉndｏw选中Build4标签,将图形显示窗口Ｃｈannｅl1&２、Cｈannel3&4、watch　windｏw改为连续刷新。

设置EnableFlag值为1。

启动程序。

改变SpｅedＲef、IｄRef、ＩqRef值,

光电编器角度对位：

使SｐeｅdRef＝0.5，转速稳定在一个值。

在watｃｈwｉnｄoｗ窗口Ｂｕｉlｄ4中空行处写入qｅp1.CalibｒａteｄAngｌe变量，并改变其值大小，观察Cｈannel３&4中电流模型输出和RMPGEN　oｕtｐut,使两个锯齿波的下降沿对齐（电流模型输出略滞后于RＭPGENouｔput）,记住此时的qｅp1.ＣalｉbratedＡｎgle值，停止程序，去掉实时模式,ＲESETCＰU,在程序aｃｉ3_3.c文件中找到初始化qep1.ＣaｌｉbrａtedAngle=x；的语句,将值写入等号后,重新编译、载入程序，运行程序验证角度对位是否正确。

观测图形显示窗口波形变化如下图2-4-3、图2-4-4

图2-4-3　Tａ和Ia　　　　图２－４-4电流模型oｕtｐuｔ和RMＰGENｏutput

图2－4-2“步骤4”功能框图

步骤5、有传感器速度闭环IFOC系统

此步骤用于测试速度调节器功能是否正确，完整电流、速度闭环控制能否可靠实现。

此步骤需要全部系统模块参与，它的正确实施要依靠前面５个步骤地正确进行。

实验前要首先进行电流反馈信号的整定。

速度调节模块从速度测量模块获取速度反馈值，速度参考值由用户给出,模块的输出作为转矩参考送给电流调节器模块。

励磁参考值由用户设定。

图2－5－1给出了实验程序的软件流程，图2-5－２给出了实验程序功能框图。

以下给出步骤5中的控制参数及其调节范围

ＥnaｂleＦlag：

０、１；启停控制位

SpeeｄＲeｆ:

（0~0.9９）;速度给定值

IdRef：

（0~0．3）；Ｄ轴电流给定

图2-５-1“步骤5”软件流程

图2-５－2“步骤５”功能框图

首先，根据操作规范，对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。

启动CCＳ软件，用“File——ｗｏrksｐａce”菜单命令打开“ACI3＿3＿281Ｘ\cＩQｍａth\buiｌd”文件夹下的workspａce文件“aci3_3_２8１x＿ccs２x.wｋs”文件；将头文件“bｕｉld.h”中的编译指令ＢUILDLＥVEL设为“LEＶEＬ5”;用“Ｐroject——Ｂuild”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行（RUN）“aｃi３_3.oｕt”程序;接通主电路电源;Watcｈｗiｎdow选中Build4标签,将图形显示窗口Cｈａnnel１&２、Ｃｈａnnel3&4、ｗaｔchwｉndow改为连续刷新。

设置EｎaｂlｅFlag值为1。

启动程序。

改变ＳpeedＲｅｆ、IdRef值,观测图形显示窗口波形变化如下图2-5－3、图2-5－4。

图２-5－3　Ta和电流模型ｏuｔp

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