伺服电机开环实验报告.doc

1 实验一伺服电机开环控制 2 1. 实验简介此程序实现的是控制交流伺服电机转速的功能。通过此程序可以掌握如下几点: A. 如何控制电机定子磁场的角度和幅度(通过 SVPWM 模块)。控制伺服电机, 程序的功能就是如何去产生和控制电机定子磁场的角度和幅度, 能输出任意角度和幅度的定子磁场, 就有了控制电机的基础。 B. 如何通过编码器得到电机的转子位置。电机编码器输出的是 ABZ 三相信号, DSP 内部自带有编码器信号接口模块 QEP 模块。通过配置此模块, 可以将外部的 AB 信号进行计数, 当前的计数值除以一圈的脉冲数就是转子当前的角度。得到转子当前的角度才能去控制电机定子磁场的角度。 C. 如何缓冲外部输入信号。用户设置的输出, 可能一下从 0 到一个很大的值, 这样电机一下就得到一个很高的电压, 而此时电机并没有转起来,没有反电势,此时电流就会很大,达不到软启动的效果。次程序通过一个斜坡函数” Rmp _cntl ”模块,将输入信号进行缓冲,达到软启动的效果。 D. 如何通过测得的转子位置运算成当前的速度。程序中通过一个固定的时间间隔 1ms ,测两次转子的位置,两次转子位置的差除以时间,就能得到当前的速度。现在简单介绍下伺服电机运行的原理,电机产生输出力是转子磁场和定子磁场作用的结果。要让电机旋转, 就要让定子磁场在空间上 3 超前或滞后转子磁场 90° ,这样输出的力都是用来做机械功率。这个方向的力就是 QS 。如果超前的不是 90° ,而是其他角度,这个角度可以分解成一个垂直转子磁场, 和平行转子磁场的力。垂直的产生力的输出, 平行的就能强化或弱化转子磁场。一般情况是只输出垂直转子磁场的力,这样发热最小,效率最高。 2. 程序框图此程序实现的是交流伺服电机的开环调速。通过显示板设定输出占空比,占空比信号输入给” Rmp _cntl ”模块( 此模块产生斜坡函数, 输出需要再一定时间内线性加大或减小逐步达到输入, 这样可以消除输入突变产生的抖动), 模块的输出再作为” Ipark ”模块 Qs 的输入。 4 3. 实验流程图 56 4. 模块说明 斜坡控制模块 Rmp _cntl 功能: 此模块产生一个斜坡上升和斜坡下降的功能。输出变量 EqualFla g 会设置成 7FFFFFFFh , 当输出变量 SetpointValue 等于输入变量。技术资料: 当 TargetValue > SetpointValue 时 SetpointValue = SetpointValue+ _IQ( 1) SetpointValue 大于最大限制值时 SetpointValue = RampHighLimit 当 TargetValue < SetpointValue 时 SetpointValue = SetpointValue - _IQ( 1) SetpointValue 小于最小限制值时 SetpointValue =RampLowLimit IPARK 模块功能: 次模块完成的是旋转磁场到静止磁场的变换。 7 技术资料: 模块完成的是如下等式 Svgendq 模块功能: 此模块计算一个合适的占空比以产生一个电机定子电压矢量,使用空间 PWM 技术。定子电压矢量使用的是 Ualpha 和 Ubeta 两个变量技术说明: 空间矢量脉宽调节器( SVPWM )通过一个三相电压逆变器产生。 8 下图为产生 SVPWM 的硬件示意图。三相功率逆变模块硬件图如上图 Figure 1和 Figure 2。它能产生 8 种可能的开关状态通过功率器件的开或者关。这些开关组合能将母线电压输出到电机作为电机相电压。各种开关状态如下图: 9 Clarke 变换等式如下: 上面等式写成矩阵如下: (a,b,c) 一共有八种可能的状态,则 Vs α and Vs β也相应的能产出八种有限的输出值。 Vs α and Vs β的值与(VAN, VBN, VCN) 值的关系列出如下表: 10 Vs α和 Vs β的值在 Table 2 已列出,(α,β) 组成的基本空间矢量由(c,b,a) 不同的开关状态决定。 Table 2 中的最后一列列出的是空间矢量值对应着开关量(c,b,a) 。例如(c,b,a)=00 1 则空间矢量为 U0 。八种基本的空间矢量由功率器件的开关状态所决定,如 Figure 3 所示。空间矢量 PWM 技术( SVPWM )的目的是产生一个近似的电机定子电压矢量 Uout ,通过两个基本的开关状态的组合产生。参考电压矢量 Uout 被产生通过(α,β) 矢量的组合,表示为 Ualpha 和 Ubeta 。 Figure 4 表示出参考电压矢量,和产生它的(α,β) 矢量组合