伺服电机开环实验报告.docx
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伺服电机开环实验报告.docx
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伺服电机开环实验报告
实验一伺服电机开环控制
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。
3.实验流程图
4.模块说明
4.1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EqualFlag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(0.0001)
SetpointValue大于最大限制值时SetpointValue=RampHighLimit
当TargetValue SetpointValue=SetpointValue-_IQ(0.0001) SetpointValue小于最小限制值时SetpointValue=RampLowLimit 4.2IPARK模块 功能: 次模块完成的是旋转磁场到静止磁场的变换。 技术资料: 模块完成的是如下等式 4.3Svgendq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。 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Figure1和Figure2。 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: 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VsαandVsβ也相应的能产出八种有限的输出值。 VsαandVsβ的值与(VAN,VBN,VCN)值的关系列出如下表: Vsα和Vsβ的值在Table2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。 Table2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)=001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Figure3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。 Figure4表示出参考电压矢量,和产生它的(α,β)矢量组合U0andU60。 图中也画出了U0和U60产生的α和β方向的分量。 ΣVsβ表示的是β轴U0和U60的合成矢量量,ΣVsα表示的是α轴U0和U60的合成矢量。 如图Figure4所示,参考电压矢量Uout是由U0和U60矢量合成的。 所以可以写成如下等式: T1和T3分别是U0和U60在周期T中占据的时间。 T0是无效矢量的时间。 这些矢量的时间可以通过如下等式计算: 从Table2和Figure4可以得出空间向量的幅值是2VDC/3。 最大的相电压幅值为VDC/√3,矢量幅值归一化后得到的是2/√3。 所以|U0|=|U60|=2/√3。 上面两个等式可以写成 Ualpha和Ubeta也可以对比最大相电压(VDC/√3)归一化为一个比例值。 周期剩余的部分用无效矢量T0填充。 有效矢量的时间占据总的周期的等式,可以列出如下等式: 用同样的方式,如果Uout在矢量U60和U120之间,|U60|=|U120|=2/√3(对比最大相电压VDC/√3归一化),则有效矢量的时间可以写成如下等式: 现在如果定义3个变量X,Y和Z等于如下等式: 当Uout在U0与U60矢量之间t1=-Z,t2=X。 当Uout在U60与U120矢量之间t1=Z,t2=Y. 用相同的方式t1和t2能呗计算出当Uout在各个区间的值,如下表所示: Uout分解成(α,β)两个方向的分量,也可以分解成相等相位差的三个方向的分量。 这就是把Ualpha和Ubeta变化成相等相位差的三个方向的变量Vref1,Vref2和Vref3。 按照下面列出的CLARKE反变换的等式: 以下方程描述出(α,β)变量和参考电压变量: 从最后三个等式能够决定矢量所在的扇区: 扇区变量的等式可以写成: sector=4*c+2*b+a 5实验过程 硬件连接(实图参照软、硬件安装使用说明那个word): 1.控制板与功率版通过排线连接。 控制板与显示板通过排线连接 2.控制板J4通5V电源。 3.功率板SIP4通15V电源。 4.功率板SIP1通36V电源。 5.功率板SIP5中W接电机动力线中黑色线,V接红色线,W接蓝色线。 6.电机编码器接头插在控制板JP8。 程序下载: 1.仿真器USB端口插在电脑USB接口。 2,.建立调试,点击 debug,待程序与运行后,查看是否有错误。 3、如果没有错误,点击 ,进行程序烧入芯片之后进入调试状态。 4程序下载完成后,拔掉插在开发板上的仿真器芯插头,然后按复位按钮。 5此时显示板显示“S00”(S含义是servo,00含义是代表输出占空比),1.5秒后显示“0”(含义为当前的转速)。 当按下按键设置占空比,显示板会切换到占空比数据,然后延时1.5秒后会自动切换的实时转速。 按键的含义如下: 2Key: 输出占空比提高10% 3Key: 输出占空比提高1% 5Key: 输出占空比归0 6Key: 输出占空比降低10% 7Key: 输出占空比降低1% 6正转操作,按KEY2提高占空比,数码管上显示是当前的占空比,停止改变占空比后1.5秒显示当前转速。 7停止操作,按KEY5电机匀减速停止。 8反正操作,按KEY6降低占空比,数码管上显示是当前的占空比,停止改变占空比后1.5秒显示当前转速。
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