PTS-系列之PEK-190系列教學(xué)

PEK-190模塊——PMSM矢量控制

寫在前面的話：

永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor——PMSM）是用稀土永磁體取代勵(lì)磁繞組所構(gòu)成的一種新型同步電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運(yùn)行可靠，相對(duì)于感應(yīng)電機(jī)，PMSM 效率高、功率密度大、調(diào)速范圍寬、力矩波動(dòng)小、能夠運(yùn)用在高壓大容量伺服驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。

固緯PEK-190模塊是適配額定功率400W，額定轉(zhuǎn)速3000rpm的PMSM可滿足教學(xué)需求。本期基于PEK-190模塊的矢量控制策略教學(xué)為老師提供PMSM相關(guān)控制策略資料以及教學(xué)資源。

PEK-190電機(jī)控制模組

PEK-190模組介紹：

PEK-190 為PMSM驅(qū)動(dòng)模組(Motor Drive)，模組實(shí)物照片如圖1 所示，主要為三相全橋逆變器(Single Phase Inverter)與PMSM組成，同時(shí)還具有主要變量的檢測(cè)和DSP控制功能部分。該模組實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫槭褂谜咛峁┗贒SP控制的電力變換器學(xué)習(xí)平臺(tái)，即借助 PSIM 軟件完成仿真和實(shí)驗(yàn)。第一學(xué)習(xí)者可以在PSIM上建立模擬（連續(xù)）仿真電路，以學(xué)習(xí)電力變換器的原理、分析和功能設(shè)計(jì)；第二將電力變換器的控制器（如PI 控制器）離散化，即轉(zhuǎn)化去數(shù)字（離散）仿真部分，進(jìn)行仿真研學(xué)；第三借助DSP芯片內(nèi)部所具有的A/D轉(zhuǎn)化器、數(shù)據(jù)處理和PWM信號(hào)生成功能，再次進(jìn)行數(shù)字（離散）仿真；第四通過PSIM 之 C代碼生成功能，將控制部分生成C代碼；最后將生成的C代碼下載于PEK-190的DSP之中，以備實(shí)物實(shí)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)方便實(shí)驗(yàn)者能夠快速完成DSP對(duì)變換器主電路的控制。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)除需要PEK-190 模組外，仍需配置PEK-005A(輔助電源)和 PEK-006 (JTAG 下載器)等，并在 PTS-3000的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成。

PTS-3000 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

Motor Drive組成

PMSM驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成如圖所示，即主要由DC電源、三相逆變電路、Motor、檢測(cè)單元模塊和DSP數(shù)據(jù)采集、處理及PWM信號(hào)模塊組成。

PMSM驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

PMSM實(shí)驗(yàn)方案

一個(gè)完整的電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)需要以下步驟部分，即（１）電機(jī)數(shù)學(xué)物理模型分析與建立；（2）電機(jī)矢量控制策略；（3）仿真驗(yàn)證。下面對(duì)實(shí)現(xiàn)PMSM矢量控制實(shí)驗(yàn)的主要步驟及操作平臺(tái)進(jìn)行討論。

（１）電機(jī)數(shù)學(xué)物理模型分析與建立

PMSM 的研究早在1930 年已經(jīng)開始，隨著電磁材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，PMSM 特性得以很快的發(fā)展。PMSM 的控制技術(shù)于1971 年得到了突破性的進(jìn)展。德國西門子公司的Blaschke 等人首先提出了交流電機(jī)的矢量控制理論，后來這一理論在PMSM 領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。

（固緯實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M）PMSM結(jié)構(gòu)模型和等效坐標(biāo)如圖所示。

PMSM 結(jié)構(gòu)模型 

PMSM 的等效結(jié)構(gòu)坐標(biāo)圖

電機(jī)定子一般由三相繞組和鐵心組成，其中三相繞組往往以星型的方式連接，其物理方程如下：