《基于ARM Cortex-M4的PMSM驱动器研制》毕业答辩.ppt

* 系统方案·PMSM模型 定义一个以转速ω旋转的直角坐标系 ，其转角为 θ=ωt 在此坐标系中电流矢量是一个静止矢量，其分量id, iq也就成了非时变量（直流量）。 由几何关系可得出空间矢量从（α,β)坐标系到 （d,q)坐标系的变换关系： * 系统方案·矢量控制 * 系统方案·矢量控制·双闭环 * 系统方案·矢量控制·SVPWM调制 SVPWM（Space Vector PWM）技术的基本思路就是把电机和逆变器看做一体，通过控制逆变器功率器件的开关模式及导通时间，产生有效电压矢量来逼近圆形磁场轨迹的一种方法。 合成定子电压矢量为： * 系统方案·矢量控制·SVPWM调制 同样可以定义合成磁链空间矢量： 磁链矢量顶端的运动轨迹为磁链圆。用合成空间矢量表示的定子电压方程式为： 忽略电机低速运行时定子绕组所产生的压降可得，合成电 压矢量与合成磁链矢量之间的关系： 可见当磁链幅值一定时，Us的大小与Ψs的变化率成正比，其方向则与磁链矢量正交，即磁链圆的切线方向。 * 系统方案·矢量控制·SVPWM调制 1、Ud为母线电压，任一桥臂的上下开关状态互逆 2、上桥臂开关Sa、Sb、Sc导通时 “1”，关断为“0”，则有U0(000)、U7(111)两个零矢量和U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)六个非零矢量 1、以状态（100）为例 2、每个非零电压矢量的幅值如下： UaN=2Ud/3，UbN=-Ud/3，UcN=-Ud /3 * 系统方案·矢量控制·SVPWM调制 * SVPWM实现双要素 扇区判断 电压分量作用时间 系统方案·矢量控制·SVPWM调制 * MATLAB仿真 * MATLAB仿真 3、在PMSM模型以1450rpm的速度稳定运行时，对其逐步增加负载直至15N.m的额定转矩，观察转矩与速度响应曲线 1、首先在电机空载时，PI参数较合理的条件下，将PMSM从静止加速到最大1450rpm 2、第二步，仿真PMSM的动态加速过程 * * 软硬件设计·电路设计 * * 软硬件设计·电路设计 * * 电流 采样电路 信号调理 电压 采样 主控制器选型—STM32F407ZGT6 STM32F407 电流电压采样、信号调理 PWM隔离 基于ARM Cortex-M4内核、工作频率高达168MHz 扩展极其丰富：用户接口、总线接口 浮点运算、DSP指令集 2个电机PWM高级定时器、10个通用定时器、高速高精度ADC 分压电阻测电压（不赘述） 三电阻法测电流 电流信号放大 强弱电之间进行隔离，在微控制器六路PWM输出端和IPM之间分别加上6个光耦隔离电路 软硬件设计·电路设计 三、控制电路 PWM 隔离 电路 * * 软硬件设计·电路设计 * * 软硬件设计·电路设计 耐压600V 额定30A 欠压保护 频率15KHz 短路保护 温度监视 IPM LOGO 我们先来了解一下PMSM的基本结构，和普通电动机一样，PMSM也分为定子和转子两部分，定子由铁芯和绕组等组成，转子用稀土永磁材料做成磁钢，其磁路结构是区别于其他电机的关键。按转子永磁体的结构，PMSM可分成表面式、嵌入式、内置式三种，本课题选用表面式PMSM，结构简单，成本低，应用最为广泛，弱磁能力较差 * 在静止的α-β坐标系中，电机的电压和磁链方程可以通过坐标变换表示出来。将α、β二维坐标置于三相定子坐标中，设每一相电流产生的磁通量势力（磁动势）是正弦分布的，由能量守恒原则可知三相产生的总磁动势应与两相总磁动势等价，B、C两相绕组的瞬时磁动势在α、β轴上的投影都应相等，且该投影与α轴夹角都为60度，得到方程，该三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换称为clarke变换，此时iα和iβ仍是时变的 * d-q坐标系随着电机气隙磁场同步旋转，它与转子相对静止，因此d-q坐标系中电流矢量是一个静止矢量，其分量 、 也就成了直流量，其中d轴方向是PMSM转子磁链的方向，并且与q轴相差90°滞后量，空间矢量从α-β坐标系投影到d-q坐标系，α、β轴静止不变，电机转动时其与旋转坐标系d-q夹角θ随着时间而改变，因而 在α、β轴上的投影的长度也会随时间变化，等价于定子绕组磁动势的瞬时值。这就是Park变换方程，反过来，将d-q坐标系投影到α-β坐标系，就是反Park变换 * Id, iq并不是真实的物理量，电机力矩的控制最终还是定子绕组电流ia,ib,ic或定子绕组电压ua,ub,uc实现， 因此，必须将虚拟量变换回这些真实的物理量，这可通过如上clarck、Park变换的逆变换实现。其主要思路是将控制回路分成速度外环和电