永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為近年來(lái)，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善以及永磁電機(jī)研發(fā)技術(shù)的不斷成熟，永磁電機(jī)正向微型化、大功率化和智能化方面發(fā)展。

永磁電機(jī)由具有三相對(duì)稱繞組的定子和材料為永磁磁鋼的轉(zhuǎn)子組成。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)其在定子上產(chǎn)生的反電勢(shì)波形的不同，可分為梯形波的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（bldc）和正弦波的永磁無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)（pmsm）兩種本文主要討論永磁無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)基于dsp的無(wú)位置傳感器矢童控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置便可知電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通位置。在傳統(tǒng)的方法中主要是在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上安裝傳感器，但這些器件增加了控制系統(tǒng)的成本而且也使得系統(tǒng)的可靠性有所降低，不能廣泛的得到應(yīng)用。本文中主要根據(jù)pmsm的基本電磁關(guān)系，通過(guò)可直接檢測(cè)出的定子三相端電壓和電流計(jì)箅出轉(zhuǎn)子位置角0和轉(zhuǎn)速控制策略采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制，利用電壓空間矢量svpwm技術(shù)產(chǎn)生pwm控制信號(hào)來(lái)控制功率驅(qū)動(dòng)逆變電路。

pmsm的數(shù)學(xué)模型和矢量控鷦原理我們采用理想電機(jī)模型的假設(shè)，經(jīng)過(guò)一系列推導(dǎo)后可得到pmsm在坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下：定子繞組磁鏈方程以上各：心，1為軸電壓；為軸電流；為軸電感；足為定子繞組每相電阻；么水為蝻磁鏈；吣為轉(zhuǎn)子旋藉的電角速度；勿為永磁體基波勵(lì)磁磁場(chǎng)過(guò)定子繞組的磁鏈；p是撤分算子；夂為轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；7二為電磁轉(zhuǎn)矩。

磁場(chǎng)定向矢量控制實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值控制，把檢測(cè)到的定子相電流轉(zhuǎn)化到與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步的坐標(biāo)系中，并使電機(jī)轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁磁場(chǎng)正交，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁磁場(chǎng)的充分解耦f2.磁場(chǎng)定向矢量控制圖如所示，其中cl、q軸隨轉(zhuǎn)子以電角速度旋轉(zhuǎn)；吻為定子靜止坐標(biāo)系，a軸與定子繞組a相軸重合；兩坐標(biāo)系之間夾角為e.為實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制與磁場(chǎng)控制的充分解耦，需將定子相電流經(jīng)過(guò)clarke和park變換，轉(zhuǎn)換成與電機(jī)轉(zhuǎn)矩方向相同的轉(zhuǎn)矩電流、和與電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)方向相同的勵(lì)磁電流可把定子電流矢量在轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸d、q軸上分解可得：從式（3>中我們可以看出，當(dāng)永磁體的勵(lì)磁磁鏈和交、直軸電感確定后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流的空間矢量電流故控制八和人便可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。電流k稱為勵(lì)磁電流，文中主要講述=的控制策略。

根據(jù)永磁體在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上位置的不同，可分為凸極式和嵌人式兩種，以凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，這種電機(jī)的重要特點(diǎn)是交、直軸的主電感相等（afl，）并且只存在電磁轉(zhuǎn)矩而沒(méi)有磁阻轉(zhuǎn)矩。當(dāng)時(shí)，從電動(dòng)機(jī)端口看，相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，定子電流只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的定子電流空間矢量與軸夾角/3=90°，由式（3）可知，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩中只有轉(zhuǎn)矩分量，其值為也就是說(shuō)定子電流矢量i，與d軸夾角蘆等于90°或i，與g軸重合時(shí)可獲得最大轉(zhuǎn)矩，故式（5）可以改寫為因?yàn)槭怯来呸D(zhuǎn)子，是一個(gè)不變的值，所以式（6）說(shuō)明了只要保持4與d軸垂直，就可以裱直流電動(dòng)機(jī)控制那樣，通過(guò)調(diào)整直流電流來(lái)控制轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)的解耦，實(shí)現(xiàn)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的線性化控制w.所示為采用策略時(shí)的一種矢量控制原理框圖。

矢最控剩系統(tǒng)框圖從圖中可看出，該控制系統(tǒng)由速度、電流雙閉環(huán)實(shí)現(xiàn)，其中的模塊包括clarke變換模塊，parke變換模塊，轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算模塊，反park變換模塊，pi調(diào)節(jié)模塊以及空間矢量pwm生成模塊等，并且采用的算法由相應(yīng)的控制模塊實(shí)現(xiàn)。雖然各種變換需大量的計(jì)算，但dsp芯片tms240lf2407a的每條指令33n8的篼速運(yùn)算能力，再配以簡(jiǎn)單的外圍電路，使復(fù)雜的控制算法和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算成為可能，而無(wú)需采用傳統(tǒng)的表方式，從而使控制精度更篼，并且所有功能可全部由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

pmsm的無(wú)傳感蜃算法為提高系統(tǒng)的效率、可靠性、降低成本，需要取消位置傳感器。無(wú)傳感器控制系統(tǒng)是利用電機(jī)繞組的有關(guān)電信號(hào)，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ü浪愠鲛D(zhuǎn)子的位置和速度，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制。下面介紹基于pmsm基本電磁關(guān)系的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算方法w.根據(jù)可直接測(cè)量出的定子三相端電壓和電流，可以計(jì)算出轉(zhuǎn)角0和轉(zhuǎn)速其最直接的算法如下：由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q和靜止坐標(biāo)系a下的各變量存在以下轉(zhuǎn)換關(guān)系結(jié)合同步電機(jī)在d-q軸坐標(biāo)系下的電壓方程式（1），可推導(dǎo)得出：=arctan（s/n）（9）其中：由此可知轉(zhuǎn)子位置角0可用定子端電壓、電流以及轉(zhuǎn)速來(lái)表示。對(duì)于凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于故轉(zhuǎn)速叫可以由下式將式（10）代人式（9）中則可得到轉(zhuǎn)子位置角0.這種方法主要在于運(yùn)算簡(jiǎn)單且無(wú)延遲，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，重要的是運(yùn)用這種方法時(shí)最好結(jié)合電機(jī)參數(shù)的在線辯識(shí)，因?yàn)榇擞?jì)算方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求很高，隨著電機(jī)運(yùn)行狀況的變化其參數(shù)會(huì)發(fā)生一定的變化，這樣便導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的估箅值偏離真實(shí)值。

pmsm控制系統(tǒng)的礤件組成和軟件設(shè)計(jì)4、1控制系統(tǒng)的硬件組成由于tms320lf2407片內(nèi)集成了大1：用于電機(jī)控制的外圍電路，故由其組成的系統(tǒng)外圍電路比較簡(jiǎn)單，主要包括以下幾個(gè)基本環(huán)節(jié)：主回路的功率驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)相電流檢測(cè)電路、系統(tǒng)保護(hù)電路以及串行通訊電路等。主回路中智能化功率模塊內(nèi)部集成了igbt及驅(qū)動(dòng)電路，dsp提供的六路svpwm輸出經(jīng)光耦隔離以驅(qū)動(dòng)三相逆變橋的功率開關(guān)元件，直流電壓供電的三相逆變橋輸出接星型接法的三相電機(jī)定子繞組。利用霍爾元件式電流傳感器對(duì)電機(jī)的任意兩相的相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，經(jīng)放大后通人dsp的ad通道，在實(shí)時(shí)控制時(shí)由tms320lf2407控制器的evm件觸發(fā)中斷并進(jìn)行ad采樣。系統(tǒng)還可用sci接口完成與上位機(jī)的通訊功能。為保證系統(tǒng)的安全性，可利用tms320lf2407事件管理器提供的外部中斷pdpint來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，片內(nèi)的pdpint中斷程序可自動(dòng)封鎖系統(tǒng)的pwm通道，使輸出變成高阻態(tài)，直到故障消失和系統(tǒng)復(fù)位。

4、2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本文所討論的pmsm矢量控制系統(tǒng)的控制軟件，主要包括初始化程序、主程序和中斷服務(wù)子程序3部分。

系統(tǒng)每次復(fù)位后都開始執(zhí)行初始化程序，對(duì)dsp內(nèi)部各個(gè)控制模塊和一些參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)定，初始化完成后處于等待狀態(tài)，等到中斷開啟，系統(tǒng)執(zhí)行主程序，其主程序流程圖如所示。

斷子程序流程圖整個(gè)控制系統(tǒng)的主要控制功能由主程序、串行通訊子程序和定時(shí)中斷子程序以及外部保護(hù)子程序來(lái)完成的；完整的磁場(chǎng)定向矢量控制的控制算法由定時(shí)中斷子程序來(lái)執(zhí)行；在一個(gè)中斷周期內(nèi)，采樣兩路ad上的電流并計(jì)算轉(zhuǎn)角和速度，完成所有反饋通道和主通道中的計(jì)算，最后輸出三相逆變器的svpwm波信號(hào)，pwm定時(shí)中斷服務(wù)子程序框圖如所示。串行通訊子程序主要用來(lái)接收控制參數(shù)，而外部保護(hù)子程序則用于檢測(cè)智能功率模塊的故障狀況，出現(xiàn)故障時(shí)，dsp的pwm榆出通道立即被封鎖。

本文介紹了一種基于tms320lf2407的pmsm磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，利用dsp的篼速實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和快速性。采用優(yōu)化的微控制器的外圍電路，在取消轉(zhuǎn)子位置傳感器的情況下獲取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)降低了其設(shè)計(jì)成本，并且為開發(fā)小體積、可靠性高的智能型永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)提供了一種新的思路。