新型控制電機伺服驅動器的設計

摘 要：本文對一種新型控制電機伺服驅動器系統(tǒng)設計進行論述，并在文章中給出了系統(tǒng)的軟件設計與實現(xiàn)方案。在選用TMS320F2812數(shù)字信號處理器為核心對電路進行控制，使用智能功率模塊構成的主電路，對測試負載變換時的驅動器電流與電動機的轉速變化進行動態(tài)觀察，結果表明電路控制結構簡單實際，且結構合理，可以讓新型的控制電機獲得良好的抗干擾性。

關鍵詞：電機；驅動器；設計

新型控制電機伺服驅動器的設計是值得人們進行深入研究的，因為這關系著新型控制電機伺服驅動器的設計效果，同時對于控制系統(tǒng)的安全運行具有重要的影響。只有加強有關設計方面的研究，才能幫助人們更為深入的了解其中的內容與原理，進而加以優(yōu)化設計，避免一些故障的發(fā)生。因此，這就要求工作人員能夠提高對于新型控制電機伺服驅動器的認識以及重視程度，并且能夠結合實際情況加以優(yōu)化設計與調試，以取得理想的控制效果。

1 永磁同步電機的原理和數(shù)學模型

永磁同步電機（PMSM）的轉子部分采用性能良好的永磁體材料，當對稱的三相正弦波交流電注入嵌入定子中的三相繞組時，就會在氣隙中生成旋轉磁場，兩個磁場互相作用便帶動轉子轉動起來。圖1為簡化后的PMSM物理模型，定子三相對稱繞組A相、B相、C相。永磁同步電機其電壓矢量和磁鏈表示如下：

2 伺服控制器的電路結構

隨著時間的不斷推移，我國的電子技術也在突飛猛進，尤其微電子技術的發(fā)展，更為迅速，而這些技術的不斷創(chuàng)新與應用，極大的推動了各個行業(yè)的發(fā)展，同時也使得一些行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)，在這一時代背景下，只有不斷的推陳出新，融合高新技術，才能獲得新的發(fā)展，同時也有助于更好的滿足人們的需求。而基于電機這種設備而言，往往在工業(yè)建設的過程中起著關鍵的作用，而高性能的電機控制器往往其結構更為復雜，尤其對于實際工況的動態(tài)調整以及數(shù)據(jù)運算要求較高，這就要求有關方面能夠加強其伺服控制器的設計。而隨著數(shù)字式控制微芯片的誕生，人們看到了希望，通過應用這種芯片，能夠使得其運算處理速度得到一定的提高，同時還能加強有效的控制，對于電路的故障檢測、診斷等都具有重要的作用。所以，針對新型控制電機伺服驅動器的設計就成為了人們關心的方面。

近幾年，就有一些公司專門推出了與用于DSP程序設計的CCS軟件，人們能夠利用此軟件對于電機的控制結構以及參數(shù)進行修改以及調控，進而取得良好的控制效果。而這種數(shù)字化電機控制器中的主控芯片型號是TMS320F2812，就其控制器的主要結構組成而言，可以分為IPM驅動單元、DPS核心電路控制單元以及故障檢測單元等。而在驅動單元內，PMSM伺服驅動器則起著極為關鍵的作用，具體而言，該伺服驅動器的結構如圖1所示。

在其芯片執(zhí)行電機控制的階段中，會涉及到比較復雜的算法并且還要與上位機進行信息通信，所以，必須要加強故障檢測與處理機制硬件電路的設計，這樣才能盡可能的保證伺服驅動器的可靠性與實用性。具體在設計的過程中應該注意滿足以下要求。首先，要求設計人員能夠保障其伺服驅動器具有良好的性能，其次，還要滿足大多用戶的要求，在安裝的時候也要簡單，避免給后期維護工作帶來麻煩。最后，設計者還要考慮其經(jīng)濟性因素，在設計的過程中，保證其性能良好的前提下，盡量減低制作的成本以及生成周期。

不過，需要注意的是，在進行硬件電路設計的過程中，需要解決電磁兼容性這個難題，一旦忽略這個問題，很有可能影響接下來的實驗，而且往往會浪費很長的時間，技術也更為復雜，甚至引發(fā)更大的問題。所以針對這個難題就需要加以注意。具體而言，這個難題主要體現(xiàn)為以下兩點，即放射性和抗干擾性。所以在設計的過程中，就可以適當?shù)脑黾痈綦x，在電網(wǎng)與整流器之間裝置兩級變壓器，并且在初級繞組和次級繞組之上覆銅來增加屏蔽，起到良好的屏蔽作用，避免受到電磁等方面的影響。而對于I/O通道中的干擾問題，有關設計人員可以采用雙絞線與光電隔離的辦法，以避免其產(chǎn)生更大的影響。

3 伺服驅動器控制原理

本文所涉及的驅動器能夠在多種控制方式下進行參數(shù)的修改。驅動器控制的整個過程都通過軟件來完成，分別對電流、速度和位置采用閉環(huán)控制策略，提高了系統(tǒng)的自調節(jié)能力。該驅動器可以用在不同參數(shù)要求的永磁同步電機中，也可以滿足具有高響應度和高精密度要求的控制系統(tǒng)中，例如：數(shù)控機床、印刷機械、包裝機械、造紙機械、紡織機械、工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線等。其具備多種控制方式：（1）位置控制：根據(jù)DSP的指令使電機能夠準確的定位。（2）外部輸入模擬量速度控制：按照外部的模擬指令對驅動器的參數(shù)進行設定來控制電機的轉速。包括電機的轉動的速度和方向。（3）外部輸入模擬量轉矩控制：按照外部模擬指令對驅動器的各項參數(shù)進行設定來控制電機轉矩。（4）內部速度控制：按照輸入信號“內部速度選擇1、2”的狀態(tài)，在四種速度模式下進行切換。（5）手動控制：直接根據(jù)鍵盤輸入來手動地改變電機轉速。驅動器的控制全部由軟件來實現(xiàn)。

4 實驗結果與分析

設計的伺服驅動器的控制對象是一個永磁同步伺服電機，參數(shù)為：額定電壓220V，額定電流2.8A，電樞電感6.5mh，定子電阻2.5Ω，額定轉速3000rpm，極對數(shù)4，額定功率350W，轉矩系數(shù)0.6N·m/A，額定轉矩1.28N·m，轉動慣量0.3×10-4kg·m，編碼器線數(shù)2500線。以150rad/s運行，在0.5s時負載轉矩加倍。在0.5出對系統(tǒng)增加負載后，相對于增加了個干擾，轉速有稍許的波動，但隨后極短的時間便又達到穩(wěn)定的狀態(tài)。實驗結果表明采用全數(shù)字化新型電機驅動器后系統(tǒng)的具有較好的魯棒性和抗干擾性能。

5 結論

隨著時代的不斷向前發(fā)展，人們的生活方式以及工作方式發(fā)生了很大的變化，相應思想認識也有了較大的改變，近幾年，人們就越來越重視設計方面的工作，因為做好設計有關的工作，能夠起到一定的指導作用，更好的達到預期的目標。而事實上，要想保證永磁同步電機得以穩(wěn)定運行，也需要做好其伺服驅動器的設計工作，通過搭建了以TMS320F2812為主控芯片的DSP電機伺服驅動器，能夠更好的實現(xiàn)閉環(huán)控制，使得電機的抗干擾性能得以提高，這具有重要的意義。

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作者簡介：王明睿，身份證號：230302198612084013。