dsp实现相异步电动机FOC控制实施方案.docx
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dsp实现相异步电动机FOC控制实施方案
DS-MCKⅡ(dsp2812)实现三相异步电动机FOC控制方案
实验概述:
本实验分5步测试逐步完成从开环控制到转速、电流双闭环控制,每步编译用到的模块不同。
下面给出本程序中所有模块及对应步骤所编译到的模块。
表2-1
软件模块
步骤1
步骤2
步骤3
步骤4
步骤5
EN_DRIVE
√
√
√
√
√
PWMDAC
√
√
√
√
√
RAMP_GEN
√
√
√
√
RAMP_CNTL
√
√
√
√
I_PARK
√√
√
√
√
√
SVGEN_DQ
√√
√
√
√
√
PWM_DRV
√√
√
√
√
√
ILEG2_DCBUS_DRV
√√
√
√
√
PHASE_VOLTAGE_CALC
√√
√
√
√
CLARKE
√√
√
√
√
PARK
√√
√
√
√
CAP_EVENT_DRV
√√
√
√
√
SPEED_PR
√√
√
√
√
PID_REG3(ID)
√√
√
√
PID_REG3(IQ)
√√
√
√
CUR_MOD
√√
√
PID_REG3(SPEED)
√√
图标√表示本步骤用到此模块,图标√√表示本步骤要测试的模块
下面再给出每个模块的输入与输出量名称及其量值格式
表2-2
软件模块
输入量
输出量
名称
格式
名称
格式
EN_DRIVE
EnableFlag
Q0
GPIOA6
GPIOA11
GPIO 寄存器
PWMDAC_DRV
PWMDACINPOINTER0
PWMDACINPOINTER1
PWMDACINPOINTER2
PointerstoQ15variables
CMPR4
CMPR5
CMPR6
T3PER
EVB 寄存器
RAMP_GEN
Freq
Offset
Gain
IQ
Out
IQ
RAMP_CNTL
TargetValue
IQ
SetpointValue
IQ
I_PARK
Ds
Qs
Angel
IQ
Alpha
Beta
IQ
SVGEN_DQ
Ualpha
Ubeta
IQ
Ta
Tb
Tc
IQ
PWM_DRV
MfuncC1
MfuncC2
MfuncC3
MfuncPeriod
Q15
CMPR1
CMPR2
CMPR3
T1PER
EVregisters
ILEG2_DCBUS_DRV
ADCINx/y/z
ADCH/Wpins
ImeasA
ImeasB
ImeasC
VdcMeas
Q15
PHASE_VOLTAGE_CALC
MfuncC1
MfuncC2
MfuncC3
DcBusVolt
IQ
VphaseA
VphaseB
VphaseC
Valpha
Vbeta
IQ
CLARKE
As
Bs
IQ
Alpha
Beta
IQ
PARK
Alpha
Beta
Angle
IQ
Ds
Qs
IQ
CAP_EVENT_DRV
CAPn
EVH/Wpin
FIFOn
Ev寄存器
SPEED_FR
TimeStamp
EventPeriod
InputSelect
IQ
Out
IQ
PID_REG3
Ref
Fdb
IQ
Out
IQ
CUR_MOD
Ids
Iqs
Wr
IQ
Theta
IQ
(一)、FOC控制原理简介
FOC即磁场定向控制,它的基本思路是利用d-q旋转坐标变换,将定子电流分解成励磁电流Ds和转矩电流Qs。
在调速的过程中保持转子磁链ψ2不变,即让Ds=常数,此时,交流电动机的调速原理与直流电动机相同,控制定子电流的转矩分量Qs就象控制直流电动机的电枢电流,可以线性的调节交流电动机的输出转矩。
(二)、系统组成方案及功能模块划分
系统包含15个软件模块,下图给出了步骤5中系统的功能模块划分和模块间的相互关系。
图2-1
(三)、系统测试步骤和方法
步骤1、步骤1矢量计算和PWM生成测试实验
图2-1-1给出了实验程序功能框图,图2-1-2给出了实验程序的软件流程。
本步骤完成最小系统检查的任务,其中只用到表2-1步骤1中标记的功能模块。
以下给出步骤1中的控制参数及其调节范围
EnableFlag:
0、1;启停控制位
SpeedRef:
(0~0.99);速度给定值
VdTesting:
(0~0.9);D轴电流给定
VqTesting:
(0~0.9);Q轴电流给定
图2-1-1实验功能框图
图2-1-2实验软件流程
在实时模式下打开watchwindow窗口的Build1标签改变SpeedRef输入参量的值,从而改变斜坡信号和正弦波的频率。
在实时模式下修改watchwindow窗口中的VdTesting、VqTesting值,可以改变输出正弦波的幅值。
对应VdTesting等效直流电机中的励磁给定,VqTesting直流电机中的转矩给定(即电枢电压给定)。
利用图形显示功能观测输出量Ta、Tb、Tc和Ta-Tb的波形随输入参数改变的变化情况。
首先按操作规范完成“仿真器和实验箱”或者“仿真器和TechVCPU板”的连接,并接通它们的电源,在不连接功率单元的情况下先测试PWM输出是否正确。
操作方法是:
启动CCS软件,用“File——workspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X\cIQmath\build”文件夹下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件;将头文件“build.h”中的编译指令BUILDLEVEL设为“LEVEL1”;然后重新编译连接程序;加载并在实时模式下运行(RUN)编译完成的“aci3_3.out”程序;Watchwindow选中Build1标签,将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watchwindow改为连续刷新。
设置EnableFlag值为1。
启动程序。
改变SpeedRef、VdTesting、VqTesting值,观测图形显示窗口波形变化如下。
图2-1-5Ta和Tb波形图2-1-6Tc和Ta-Tb波形
步骤2、电流、直流母线电压、速度测试
此步骤在步骤1的基础上增加对电压、电流采样模块、clarke/park变换模块、速度测量计算模块的测试。
图2-2-1给出了实验程序功能框图,图2-2-2给出了实验程序的软件流程。
以下给出步骤2中的控制参数及其调节范围
EnableFlag:
0、1;启停控制位
SpeedRef:
(0~0.99);速度给定值
VdTesting:
(0~0.6);D轴电流给定
VqTesting:
(0~0.6);Q轴电流给定
图2-2-1“步骤二”功能框图
图2-2-2“步骤二”软件流程
在实时模式下打开watchwindow窗口的Build2标签改变SpeedRef输入参量的值,从而改变斜坡信号和正弦波的频率。
在主电路电源打开的情况下、电机空载转速在SpeedRef=0.99时可达到1450转/分。
在实时模式下修改watchwindow窗口中的VdTesting、VqTesting值,可以改变输出正弦波的幅值。
对应VdTesting等效直流电机中的励磁给定,此步中为定值0.25。
没有特殊情况可不改变此值。
VqTesting直流电机中的转矩给定,空载时给0,当电机带负载后可适当增加。
注意VqTesting、VdTesting越大电机电流越大。
可观察图形显示窗口中的Channal3&4中Ia和Ib电流的幅值,当其正弦波电流畸变为非正弦时说明VqTesting、VdTesting给定已经超出允许范围,应立即停止电机!
在实验过程中不要长时间给定很大值使电机工作。
首先,根据操作规范,对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。
启动CCS软件,用“File——workspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X\cIQmath\build”文件夹下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件;将头文件“build.h”中的编译指令BUILDLEVEL设为“LEVEL2”;用“Project——Build”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行(RUN)“aci3_3.out”程序;接通主电路电源;选中WatchwindowBuild2标签将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watchwindow改为连续刷新。
设置EnableFlag值为1。
启动程序。
改变SpeedRef、VdTesting、VqTesting值,观测图形显示窗口波形变化。
此时如果逆变电路正确,则电机缓慢启动,并逐渐达到给定转速;在实时模式下修改SpeedRef的值(0~0.99),相应电动机的转速发生变化。
为下一步实验测量Id的PID限幅值:
测量Id的PID限幅值:
SpeedRef=0.5使VqTesting=0,增加VdTesting直到图形显示中Ta的幅值为1,此时的VdTesting值即为下一步中Id PID的即幅值(±0.6)。
注意:
同步骤一一样VdTesting、VqTesting不要给太大值使电机长时间工作。
观测Ta、RMPGENoutput、Ia、Ib的波形。
图2-2-3Ta和RMPGENoutput 图2-2-4Ia和Ib
步骤3、两个电流PI调解器测试
在步骤2的基础上增加对DQ轴电流调节模块功能的测试和转速测量。
进行本试验前要首先完成以上两步实验,将电流反馈信号整定好。
图2-3-1给出了实验程序功能框图,图2-3-2给出了实验程序的软件流程。
以下给出步骤3中的控制参数及其调节范围
EnableFlag:
0、1;启停控制位
SpeedRef:
(0~0.99);速度给定值
IdRef:
(0~0.6);D轴电流给定
IqRef:
(0~0.6);Q轴电流给定
图2-3-2“步骤3”软件流程
此步除调整以上参数以外可以在主程序aci3_3.c中找到初始化Id的PID_REG3和Iq的PID_REG3,改变其比例、积分、微分参数。
使电机获得更加好的的启动过程。
首先,根据操作规范,对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。
启动CCS软件,用“File——workspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X\cIQmath\build”文件夹下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件;将头文件“build.h”中的编译指令BUILDLEVEL设为“LEVEL3”;用“Project——Build”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行(RUN)“aci3_3.out”程序;接通主电路电源;选中Watchwindow Build3标签,将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watchwindow改为连续刷新。
设置EnableFlag值为1,启动程序。
改变SpeedRef、IdRef、IqRef值,观测图形显示窗口波形变化。
此时如果参数给定正确,则电机缓慢启动,并逐渐达到给定转速;在实时模式下修改SpeedRef的值(0~0.99),相应电动机的转速发生变化。
观测Ta和RMPGENoutput、Ia和转速如图所示:
图2-4-3Ta和RMPGENoutput图2-4-4Ia和转速
注意:
同步骤一一样IdRef、IqRef不要给太大值使电机长时间工作。
图2-3-1“步骤3”功能框图
步骤4、电流模型测试
在步骤3的基础上增加对电流模型模块功能的测试。
电流模型模块从“PARK变换”模块和速度测量模块获取输入值,将计算得到的输出值送给“CUR_MOD模块”。
此实验前需要整定电流反馈信号。
图2-4-1给出了实验程序的软件流程,图2-4-2给出了实验程序功能框图。
以下给出步骤4中的控制参数及其调节范围
EnableFlag:
0、1;启停控制位
SpeedRef:
(0~0.99);速度给定值
IdRef:
(0~0.6);D轴电流给定
IqRef:
(0~0.6);Q轴电流给定
qep1.CalibratedAngle:
(0x0000~0xFFFF);光电编码器角度对位
图2-4-1“步骤4”软件流程
此步骤与上一步操作上是一样的,只是增加了对CUR_MOD模块的观测,实验中观测CUR_MOD模块的输出Theta的方向要与RMPGEN输出output相同。
若相反,将电机组中的光电编码器连接到电动机的另一端,从而改变光电编码器采得的旋转方向。
首先,根据操作规范,对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。
启动CCS软件,用“File——workspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X\cIQmath\build”文件夹下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件;将头文件“build.h”中的编译指令BUILDLEVEL设为“LEVEL4”;用“Project——Build”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行(RUN)“aci3_3.out”程序;接通主电路电源;Watchwindow选中Build4标签,将图形显示窗口Channel1&2、Channel3&4、watchwindow改为连续刷新。
设置EnableFlag值为1。
启动程序。
改变SpeedRef、IdRef、IqRef值,
光电编器角度对位:
使SpeedRef=0.5,转速稳定在一个值。
在watchwindow窗口Build4中空行处写入qep1.CalibratedAngle变量,并改变其值大小,观察Channel3&4中电流模型输出和RMPGEN output,使两个锯齿波的下降沿对齐(电流模型输出略滞后于RMPGENoutput),记住此时的qep1.CalibratedAngle值,停止程序,去掉实时模式,RESETCPU,在程序aci3_3.c文件中找到初始化qep1.CalibratedAngle=x;的语句,将值写入等号后,重新编译、载入程序,运行程序验证角度对位是否正确。
观测图形显示窗口波形变化如下图2-4-3、图2-4-4
图2-4-3Ta和Ia图2-4-4电流模型output和RMPGENoutput
图2-4-2“步骤4”功能框图
步骤5、有传感器速度闭环IFOC系统
此步骤用于测试速度调节器功能是否正确,完整电流、速度闭环控制能否可靠实现。
此步骤需要全部系统模块参与,它的正确实施要依靠前面5个步骤地正确进行。
实验前要首先进行电流反馈信号的整定。
速度调节模块从速度测量模块获取速度反馈值,速度参考值由用户给出,模块的输出作为转矩参考送给电流调节器模块。
励磁参考值由用户设定。
图2-5-1给出了实验程序的软件流程,图2-5-2给出了实验程序功能框图。
以下给出步骤5中的控制参数及其调节范围
EnableFlag:
0、1;启停控制位
SpeedRef:
(0~0.99);速度给定值
IdRef:
(0~0.3);D轴电流给定
图2-5-1“步骤5”软件流程
图2-5-2“步骤5”功能框图
首先,根据操作规范,对照附录二中的硬件连接图连接实验系统硬件,接通控制电源。
启动CCS软件,用“File——workspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X\cIQmath\build”文件夹下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件;将头文件“build.h”中的编译指令BUILDLEVEL设为“LEVEL5”;用“Project——Build”菜单命令编译连接程序;编译完成后,加载并在实时模式下运行(RUN)“aci3_3.out”程序;接通主电路电源;Watchwindow选中Build4标签,将图形显示窗口Channel1&2、Channel3&4、watchwindow改为连续刷新。
设置EnableFlag值为1。
启动程序。
改变SpeedRef、IdRef值,观测图形显示窗口波形变化如下图2-5-3、图2-5-4。
图2-5-3Ta和电流模型outp
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- dsp 实现 相异 电动机 FOC 控制 实施方案