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

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2

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。

System.Vq

三相全桥PWM1QsPWM2TaAlphaPWM3TbPWM4BetaDsTcPWM5PWM6QsImeasAADCIN0ADCIN1DsImeasB编码器ImeasB

显示板设定

Rmp_cntl

显示板显示

SpeedRpm0ElecTheta

Ipark

Svgendq

EVA

I_uI_vUVW

SPEED

PARK

Alpha

CLARKE

Beta

ADC

编码器信号

ElecTheta

M

QEP

交流伺服电机

3

3.实验流程图

否

否

主程序

初始化

AD

是否使能运行

打开

EVA

使能

是

初始化系统时钟

初始化串口

SCIB

PWM

输出

设置中断服务程

关中断与清除中

序入口地址

断标志

关闭

EVA

禁止

PWM

输出

使能定时器

1

下

初始化中断控制

溢中断

寄存器

For

循环结束

开中断

初始化中断向量

允许全局中断

表

将需要复制到

编码器

Z信号中断

服务程序

RAM

中的程序进

FOR

无限循环

行复制

定时时间大于

清除中断标志

初始化

flash

存储

器

10ms

编码器脉冲计数

是

器清

0

初始化

IO

口

更新数码管显示

当前运行状态

是

hall

开环？

初始化

EVA

当前运行状态设

初始化

AD

置为编码器开环

模式

4

定时器

1

中断服务

编码器开环模刚上电否否与角度值输入

程序

hall

开环

清除中断标志

模式

式

是

是

计数变量

+1

用户设定的占空

用户设定的占空

比值

Vq

输入

比值

Vq

输入

RMPCNTL

斜坡产

RMPCNTL

斜坡产

运行

AD

读取子程

生模块并运行

生模块并运行

序

读取

hall

信号

RMPCNTL

输出值

RMPCNTL

输出值

hall

测得的转子

与编码器测得的

转子角度值输入

IPARK

IPARK

变换模块并

变换模块并运行

处理

QEP

模块，

运行

读取当前角度

中断支持是否

IPARK

模块输出值

输入

SVGENDQ

模

块，计算出三相

占空比值

TATB

TC

超过

20

次

是

根据

TATBTC

值

通过角度增量计

改变当前

PWM

输

算当前速度

出

5

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。

6

技术资料：

模块完成的是如下等式

4.3Svgendq模块功能：

定技术。

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PWMUbeta两个变量Ualpha子电压矢量使用的是和

技术说明：

）通过一个三相电压逆变器产生。

空间矢量脉宽调节器（SVPWM7

的硬件示意图。

下图为产生SVPWM

种可能的开关状态通8Figure2。

它能产生和三相功率逆变模块硬件图如上图Figure1

各种开关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。

状态如下图：

8

变换等式如下：

Clarke

上面等式写成矩阵如下：

也相应的能产出八种有限的输出βandVsVsc，b，）一共有八种可能的状态，则αa（:

值的关系列出如下表（VβVs值。

αandVs的值与AN,VBN,VCN）

9

不同的开关（c,b,a）β）组成的基本空间矢量由的值在βTable2已列出，（α,Vsα和Vs（c,b,a）=001。

例如2中的最后一列列出的是空间矢量值对应着开关量（c,b,a）状态决定。

Table

所示。

。

八种基本的空间矢量由功率器件的开关状态所决定，如Figure3则空间矢量为U0

，通UoutSVPWM）的目的是产生一个近似的电机定子电压矢量空间矢量PWM技术（表）矢量的组合，（α,β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andU0）矢量组合βFigure4表示出参考电压矢量，和产生它的（α,Ubeta示为Ualpha和。

U60和轴U0表示的是方向的分量。

和βΣVsββαU60U0。

U60图中也画出了和产生的的合成矢量。

和轴表示的是Vs的合成矢量量，ΣααU0U6010

矢量合成的。

所以可以写成如和U60Figure4如图所示，参考电压矢量Uout是由U0

下等式：

是无效矢量的时间。

这些矢量中占据的时间。

T0TU0T1和T3分别是和U60在周期的时间可以通过如下等式计算：

VDC/。

可以得出空间向量的幅值是和从Table2Figure42VDC/3最大的相电压幅值为11

√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：

12

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：

13

从最后三个等式能够决定矢量所在的扇区：

sector=4*c+2*b+a扇区变量的等式可以写成：

实验过程5

：

word）硬件连接（实图参照软、硬件安装使用说明那个控制板与显示板通过排线连接1.控制板与功率版通过排线连接。

5V电源。

J4通2.控制板电源。

通15V3.功率板SIP4

电源。

通36V4.功率板SIP1

接蓝色线。

WW中接电机动力线中黑色线，V接红色线，SIP55.功率板JP8。

控制板电机编码器接头插在6.

程序下载：

14

1.仿真器USB端口插在电脑USB接口。

建立调试，点击debug2,.，待程序与运行后，查看是否有错误。

，进行程序烧入芯片之后进入调试状态。

3、如果没有错误，点击

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：

15

10%输出占空比提高2Key：

1%输出占空比提高3Key：

0

输出占空比归：

5Key10%输出占空比降低：

6Key1%输出占空比降低7Key：

1.5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6正转操作，按KEY2秒显示当前转速。

KEY5电机匀减速停止。

7停止操作，按1.5KEY6反正操作，按降低占空比，数码管上显示是当前的占空比，停止改变占空比后8秒显示当前转速。

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