© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net

　

2010

年

　第

1

期

仪 表 技 术 与 传 感 器

Instrument

　

Technique

　

and

　

Sensor

2010

　

No

1

1

　

收稿日期

: 2009 - 04 - 25

　　收修改稿日期

: 2009 - 10 - 11

基于

D SP

的无轴承永磁同步电机检测系统设计

刘 　强

1

,王云强

2

,孙永波

3

( 1.

江苏海事职业技术学院电气工程系

,

江苏南京 　

211170;

2.

日照职业技术学院

,

山东日照 　

276826

　

3.

华为集团

,

上海 　

200121)

　　摘要

:

采用转子磁场定向控制策略

,

设计了无轴承永磁同步电机控制系统 。基于

TM S320LF2407 D SP

设计了数字控

制系统硬件

,

重点介绍了信号检测电路的设计

,

利用

C

语言和汇编语言相结合完成了系统的软件设计

,

并利用

CCS2000

集成开发环境进行了软件的调试

,

给出了检测系统的调试波形 。试验结果表明

,

该系统较好地实现了检测功能 。

关键词

:

无轴承永磁同步电机

; D SP;

检测电路

;

软件

中图分类号

: TP336

　　　文献标识码

: A

　　　文章编号

: 1002 - 1841 ( 2010) 01 - 0066 - 04

D etect System for Bear ingless Permanen t M agnetic

Synchronous M otors Ba sed on D SP

L IU Q iang

1

,WAN G Yun

2

qiang

2

, SUN Yong

2

bo

3

( 1. D epartm en t of Electr ica l Eng ineer ing, J iangsu M ar itim e In stitute, Nan jing 212013, Ch ina;

2. R izhao Polytechn ic, R izhao 276826, Ch ina;

3. Hua we i Technolog ies Com pany lim ited, Shangha i 200121, Ch ina )

Abstract: The control system of BPM SM based on rotor magnetic field oriented was designed. Based on the TM S320LF2407

D SP, the hardware of digital contro l system was m anufactured, the signal detect system was especially introduced. The software of

the system was designed by using C language and assem ble language, and the software was debugged by using CCS2000. A t last, the

debugging result is shown. The results show the system can realize the detect function.

Key words: bearingless perm anent m agnetic synchronous motor; D SP; detect circuit; software

0

　引言

无轴承永磁同步电机是具有磁轴承功能和优点的一种新

型特种电机

,

由于其特殊结构及悬浮无接触运行

,

在生物医药

工程 、

半导体制造业 、

食品加工 、

飞轮储能 、

机器人 、

航空航天等

特殊电气传动领域具有潜在广泛的应用前景

,

因此

,

对无轴承

永磁同步电机的研究引起了广泛的关注

[ 1 - 4 ]

。

针对无轴承永磁同步电机采用转子磁场定向策略

,

实现了

转子悬浮与旋转的独立控制

,

设计了以

TM S320L F2407

为核心

的数字控制系统 。其中重点介绍了信号检测系统的设计

,

并开

发了相关的软件

,

试验表明系统具有较好的控制效果 。

1

　控制系统构成

[ 2 - 3]

无轴承电机不同于普通电机

,

它既要实现悬浮

,

又要实现

旋转

,

所以控制系统比普通电机要复杂得多 。该系统采用转子

磁场定向的矢量控制策略

[ 4 ]

建立了无轴承永磁同步电机的矢

量控制框图

,

如图

1

所示 。

图

1

中转子径向

x

和

y

方向的位移由电涡流传感器进行差

动检测

, x

3

和

y

3

分别是

x

和

y

方向位移给定命令值

( x

3

= 0

、

y

3

= 0) ,

给定量与测量的反馈量产生的误差

,

经过位置

P ID

调节器

产生径向力的命令值

F

3

ix

和

F

3

iy

,

再经过力

/

电流变换和坐标变换

成两相固定 α

-

β坐标中的电流命令值

i

3

s2

α

和

i

3

s2

β

,

再经过

2 /3

变

换

,

得到三相悬浮力绕组电流命令值

i

3

s2A

、

i

3

s2B

和

i

3

s2C

3

,

最后经三

相电流型跟踪逆变器输出电机悬浮力绕组三相电流

i

s2A

、

i

s2B

和

i

s2C

,

实现无轴承永磁同步电机径向悬浮位置闭环控制 。

图

1

中

,

θ

1

和 θ

2

分别为转矩绕组和径向悬浮力绕组的初

始相位角

;

ω

3

为无轴承永磁同步电机角速度命令值

,

转子实际

角速度由光电编码器检测后经过计算得出

,

角速度给定值和实

际测量值的差值

,

经过速度

P I

调节器形成旋转

d

- q

坐标系中

q

轴电流

i

3

slq

命令值

,

旋转磁场近似认为由永磁体提供

, d

轴电流

命令值

i

3

sld

= 0,

经过旋转

/

静止坐标变换

,

将

i

3

slq

和

i

3

sld

转换成固

定 α

-

β坐标系中的电流命令值

i

3

sl

α

和

i

3

sl

β

,

再经过

2 /3

变换

,

得

到三相转矩绕组电流的命令值

i

3

slA

、

i

3

slB

和

i

3

slC

3

,

再经三相电流型

跟踪逆变器输出电机转矩绕组三相电流

i

slA

、

i

slB

和

i

slC

,

实现无

轴承永磁同步电机转速闭环控制 。

2

　检测系统硬件与软件设计

[ 5]

2. 1

　数字控制系统硬件构成

控制系统硬件由实验样机 、

电流型逆变器 、

D SP

控制器 、

光

电编码器 、

位移传感器 、

电涡流传感器和接口电路等构成 。图

2

为

D SP

数字控制硬件框图 。

图

2

中

,

事件管理器模块中的正交编码脉冲电路

(QEP)

接

收光电编码器的脉冲信号

,

采用

M

法测量电机的转速

,

并结合

光电编码器每转输出的脉冲零位参考

Z

信号来确定转子的绝

对位置 。采用

4

个位移传感器对径向位移进行差动测量

,

利用

D SP

片内的

10

位

A /D

转换器将位移量转换为相应的数字信

号 。使用

4

个电涡流传感器测量电机输出电流并经过接口电