本发明专利技术公开了一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器的控制算法，硬件电路包括DSP核心板模块、上位机、电源、驱动电路模块、检测模块和永磁同步电机；DSP核心板模块通过PWM接口连接到驱动电路模块，用于整个系统的数据处理与控制；上位机通过数据串口以及JTAG接口同DSP核心板模块之间双向连接，实现参数的设置和读取；检测模块通过采样电路与永磁同步电机连接，通过QEP端口与DSP核心板模块双向连接，用于电机信号的采集和信号的发送；电源通过导线连接到驱动电路模块。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业自动控制领域的具体应用，尤其涉及一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器及其控制算法。
技术介绍
由于交流伺服电机的应用领域非常广泛，以及永磁同步电机的优异性能，永磁同步电机在交流伺服系统中占有越来越重要的地位。永磁同步伺服系统会向广度和深度两方面发展。在广度方面，其应用的领域会越来越广，即在生活、办公、娱乐及军事方面的应用越来越多。在深度方面，其在某些高精度高要求的条件下的应用会越来越重要，如火炮雷达、高精度的机床控制、军用及航空航天设备。由于永磁同步的特点及当前各个领域的要求，在精度和深度方面必然是PMSM伺服系统大有发展空间的方向，也必定是其重点发展方向。针对异步电动机学者们又提出了直接转矩控制方法。不同于矢量控制的转子磁场定向，直接转矩控制方法直接根据转子磁链的方向来控制定子电流的大小方向，从而控制定子磁场的大小和方向，对电机转矩直接控制。该方法不需要进行定转子间反复的坐标变换，计算量减小，但是该方法在低速控制方面稍显不足，转矩脉动明显。当前DSP控制器速度及运算能力的发展，使得矢量控制中所需要的坐标变换及大量的乘法运算成为可能。但是矢量控制需要准确的转子位置信息，这对位置测量的准确性提出了一定的要求。目前用于电动机控制主要是数字信号处理器（DSP），由于DSP可以对输入输出数据进行高速处理，而且还集成了电机控制专用接口和模块，特别是本设计中采用的TMS320F28335，针对电机控制的需要，支持浮点型数据的高速运算，可以快速地进行乘法运算、矩阵变换，为复杂控制算法地实现提供了硬件基础。另外，CPLD和FPGA的发展为电机控制提供了新的思路，例如使用DSP专门处理控制算法，而把外围芯片和接口的控制交给FPGA处理，利用FPGA高速高精度的特点来达到良好的控制效果。近年来，先进控制技术也被引入到伺服系统控制中。模型参数自适应控制、可调模式及变结构控制大量运用在控制方法上。尤其是组合式算法的使用，如滑模自适应控制，自适应PID控制。随着人工智能技术的进步，特别是人工神经网络的发展，电机参数辨识的准确性大大提高，这为控制算法和驱动方法的优化都提供很大的空间。对于永磁同步电机的控制方法，当下应用最广泛的应属“交-直-交”型的变频控制。所谓的“交-直-交”指：先把交流电通过整流器转化为直流电，再通过功率输出单元（如逆变器）转为频率和幅值可控的交流电。直流电的转化过程是整流器完成的，而交流电的二次转化是通过PWM控制功率器件的开关完成的。在众多的PWM控制方法中，空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小的优点，在交流调速系统中得到广泛应用。本专利技术以TMS320F28335为控制芯片，IPM驱动单元选用IRAMS06UP60B驱动芯片，设计了永磁同步电机的控制板和驱动板，采用CCS3.3作为开发环境设计驱动器软件控制部分，编写了以主程序、矢量控制中断服务程序、保护中断程序以及eQEP中断服务程序为内容的磁场定向控制程序，在电机的控制程序中加入死区补偿程序的算法，来实现对死区效应的补偿，本专利技术具有结构简单、控制精度高、系统稳定性好的特点。
技术实现思路
为了进一步提高伺服电机的低速性能，客服伺服系统硬件上的不足。本专利技术的目的在于提供一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器及其控制算法，该专利技术具有结构简单、控制精度高、系统稳定性好的特点。为了实现上述系统，本专利技术采取的技术方案是：一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器及其控制算法，包括DSP核心板模块、上位机、电源、驱动电路模块、检测模块和永磁同步电机；所述DSP核心板模块通过PWM接口连接到所述驱动电路模块，所述上位机通过数据串口以及JTAG接口与DSP核心板模块双向连接，所述驱动电路模块通过数据串口与DSP核心板模块双向连接，驱动电路模块通过IPM接口连接到永磁同步电机，所述检测模块通过采样电路与永磁同步电机连接，检测模块通过QEP端口与DSP核心板模块双向连接，所述电源通过导线连接到驱动电路模块。进一步的，所述DSP核心板模块采用TMS320F28335作为处理芯片，采用DSP专用电源芯片TPS767D301来保证DSP安全可靠工作。进一步的，所述驱动电路模块包括IPM驱动单元，信号转换单元和电源供电单元；其所述IPM驱动单元选用IRAMS06UP60B驱动芯片，把DSP核心板模块发送的PWM信号进行隔离和驱动放大，从而传递给IPM，同时把电压电流采样信号进行隔离和电平转换，传送给DSP核心板模块的AD模块；信号转换单元通过接收DSP核心板模块输出的6路PWM信号控制驱动电路模块内的6个IGBT功率开关管，实现将直流母线电压转换为频率和幅值可控的三相交流电从而驱动永磁同步电机运行。进一步的，所述检测模块包括电流检测电路和位置/转速检测电路；为了精确测量相电流，在电流检测电路中，电机的三相输入线路上分别串联了精密电阻，电流流经电阻时会在精密电阻上产生压降，然后经过精密运算放大器进行信号采样，再使用HCNR201线性光耦进行信号隔离，再进行线性偏置，从而完成采样、放大和隔离的过程；在所述位置/转速检测电路中，采用永磁同步伺服电机自带的混合式光电编码器，光电编码器输出UVW和A+、A-、B+、B-，Z+，Z-信号，UVW用来估计电机转子初始位置，差分信号输入MAX3095ESE差分接收器电路，输出的信号通过斯密特整形芯片74LV14AD，将5V的方波信号进行整形并转换为3.3V的方波信号，整形后的信号输入DSP核心板模块的QEP端口，DSP核心板模块内部的正交编码脉冲电路（QEP）对输入的A、B脉冲进行解码和计数，从而得到电动机的角位置和转速信息。进一步的，还包括主程序流程、矢量控制中断流程、保护中断流程和Z脉冲中断流程，所述主程序流程步骤如下所示： 步骤1、DSP内核初始化； 步骤2、硬件外设初始化； 步骤3、参数变量初始化； 步骤4、中断使能； 步骤5、进入主循环; 所述矢量控制中断流程步骤如下所示： 步骤1、中断进入； 步骤2、相电流检测，Clark，park变换； 步骤3、执行速度环； 步骤4、执行电流环； 步骤5、执行Park反变换； 步骤6、执行svpwm； 步骤7、退出; 所述保护中断流程步骤如下所示： 步骤1、中断进入； 步骤2、封锁PWM，系统停止； 步骤3、退出; 所述Z脉冲中断流程步骤如下所示： 步骤1、中断进入； 步骤2、编码器矫正； 步骤3、退出。进一步的，还包括一种死区补偿控制算法，所述死区补偿控制算法采用了基于“无效”器件原理的死区补偿方法，该方法不会造成PWM波的偏移，补偿效果不依赖于电机模型的准确度，通过检测电流矢量角判断需要补偿的电压矢量，防止电流波动和零点箝位现象造成的误补偿，将需要补偿的电压矢量直接加在SVPWM模块的输入端，减小了计算量，补偿效果得到了明显提高；所述死区补偿控制算法直接将三相静止坐标系中的电压误差转换到dq坐标系中，然后将补偿电压直接加到电流环的给定信号中，而不是计算开关管作用时间，通过调节PWM波形来调节输出电压；在程序运行时，对电流进行多次采样和契比雪夫滤波，从而可以确定电流的零位和电流波动范围，电流波动范围的上下限就是需要设置的阈值，既能保证死本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器及其控制算法，其特征在于，包括DSP核心板模块、上位机、电源、驱动电路模块、检测模块和永磁同步电机；所述DSP核心板模块通过PWM接口连接到所述驱动电路模块，所述上位机通过数据串口以及JTAG接口与DSP核心板模块双向连接，所述驱动电路模块通过数据串口与DSP核心板模块双向连接，驱动电路模块通过IPM接口连接到永磁同步电机，所述检测模块通过采样电路与永磁同步电机连接，检测模块通过QEP端口与DSP核心板模块双向连接，所述电源通过导线连接到驱动电路模块。
【技术特征摘要】
1.一种基于永磁同步电机的伺服系统驱动器及其控制算法，其特征在于，包括DSP核心板模块、上位机、电源、驱动电路模块、检测模块和永磁同步电机；所述DSP核心板模块通过PWM接口连接到所述驱动电路模块，所述上位机通过数据串口以及JTAG接口与DSP核心板模块双向连接，所述驱动电路模块通过数据串口与DSP核心板模块双向连接，驱动电路模块通过IPM接口连接到永磁同步电机，所述检测模块通过采样电路与永磁同步电机连接，检测模块通过QEP端口与DSP核心板模块双向连接，所述电源通过导线连接到驱动电路模块。2.如权利要求1所述的伺服系统驱动器及其控制算法，其特征在于，所述DSP核心板模块采用TMS320F28335作为处理芯片，采用DSP专用电源芯片TPS767D301来保证DSP安全可靠工作。3.如权利要求1所述的伺服系统驱动器及其控制算法，其特征在于，所述驱动电路模块包括IPM驱动单元，信号转换单元和电源供电单元；其所述IPM驱动单元选用IRAMS06UP60B驱动芯片，把DSP核心板模块发送的PWM信号进行隔离和驱动放大，从而传递给IPM，同时把电压电流采样信号进行隔离和电平转换，传送给DSP核心板模块的AD模块；信号转换单元通过接收DSP核心板模块输出的6路PWM信号控制驱动电路模块内的6个IGBT功率开关管，实现将直流母线电压转换为频率和幅值可控的三相交流电从而驱动永磁同步电机运行。4.如权利要求1所述的伺服系统驱动器及其控制算法，其特征在于，所述检测模块包括电流检测电路和位置/转速检测电路；为了精确测量相电流，在电流检测电路中，电机的三相输入线路上分别串联了精密电阻，电流流经电阻时会在精密电阻上产生压降，然后经过精密运算放大器进行信号采样，再使用HCNR201线性光耦进行信号隔离，再进行线性偏置，从而完成采样、放大和隔离的过程；在所述位置/转速检测电路中，采用永磁同步伺服电机自带的混合式光电编码器，光电编码器输出UVW和A+、A-、B+、B-，Z+，Z-信号，UVW用来估计电机...
【专利技术属性】
技术研发人员：卜铁伟，
申请(专利权)人：山东交通职业学院，
类型：发明
国别省市：山东;37
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