dsp 实现三相异步电动机FOC控制方案

1、DS-MCK(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5EN_DRIVEPWMDACRAMP_GENRAMP_CNTLI_PARKSVGEN_DQPWM_DRVILEG2_DCBUS_DRVPHASE_VOLTAGE_CALCCLARKEPARKCAP_EVENT_DRVSPEED_PRPID_REG3(ID)PID_REG3(IQ)CUR_MODPID_REG3(SPEED)图标表示本步骤用到此模块

2、，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_DRIVEEnableFlagQ0GPIOA6GPIOA11GPIO寄存器PWMDACDRVPWMDACINPOINTER0PWMDACINPOINTER1PWMDACINPOINTER2Pointers to Q15variablesCMPR4CMPR5CMPR6T3PEREVB 寄存器RAMP_GENFreqOffsetGainIQOutIQRAMP_CNTLTargetValueIQSetpointValueIQI_PARKDsQsAngelIQAlphaBeta

3、IQSVGEN_DQUalphaUbetaIQTaTbTcIQPWM_DRVMfuncC1MfuncC2MfuncC3MfuncPeriodQ15CMPR1CMPR2CMPR3T1PEREV registersILEG2_DCBUS_DRVADCINx/y/zADC H/W pinsImeasAImeasBImeasCVdcMeasQ15PHASE_VOLTAGE_CALCMfuncC1MfuncC2MfuncC3DcBusVoltIQVphaseAVphaseBVphaseCValphaVbetaIQCLARKEAsBsIQAlphaBetaIQPARKAlphaBetaAngleIQDsQ

4、sIQCAP_EVENT_DRVCAPnEV H/W pinFIFOnEv寄存器SPEED_FRTimeStampEventPeriodInputSelectIQOutIQPID_REG3RefFdbIQOutIQCUR_MODIdsIqsWrIQThetaIQ（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2 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

5、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：（00.99）；速度给定值VdTesting：（00.9）；D轴电流给定VqTesting：（00.9）；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

6、下打开watch window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watch window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TechV CPU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

7、，用“Fileworkspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 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；Watch window选中Build1标签，将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window改为连续刷新。设置EnableFlag值为1。启动程序。改变SpeedRef、VdTesting

8、、VqTesting值，观测图形显示窗口波形变化如下。图2-1-5 Ta和Tb波形 图2-1-6 Tc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：（00.99）；速度给定值VdTesting：（00.6）；D轴电流给定VqTesting：（00.6）；Q轴电流给定图2-2-1“步骤二”功能框图图2-2-2 “步骤二”

9、软件流程在实时模式下打开watch window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watch window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C

10、hannal3&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“Fileworkspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 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“ProjectBuild”菜单命令编译连

11、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Watch window Build2标签将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window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(00.99)，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

12、=0.5使VqTesting0，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IdPID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、RMPGEN output、Ia、Ib的波形。图2-2-3 Ta和RMPGEN output图2-2-4 Ia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。

13、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：（00.99）；速度给定值IdRef：（00.6）；D轴电流给定IqRef：（00.6）；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“Fileworkspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 文件夹下的w

14、orkspace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“ProjectBuild”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Watch windowBuild3标签，将图形显示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window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

15、启动，并逐渐达到给定转速；在实时模式下修改SpeedRef的值(00.99)，相应电动机的转速发生变化。观测Ta和RMPGEN output、Ia和转速如图所示：图2-4-3 Ta和RMPGEN output 图2-4-4 Ia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

16、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：（00.99）；速度给定值IdRef：（00.6）；D轴电流给定IqRef：（00.6）；Q轴电流给定qep1.CalibratedAngle：（0x00000xFFFF）；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RMP GEN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，

17、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“Fileworkspace”菜单命令打开“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 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“ProjectBuild”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；Watch window选中Build4标签，将图形显示窗口Channel1&2、Channel3&4、wa

18、tch window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SpeedRef0.5，转速稳定在一个值。在watch window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RMPGENoutput，使两个锯齿波的下降沿对齐（电流模型输出略滞后于RMPGEN output），记住此时的qep1.CalibratedAngle值，停止程序，去掉实时模式，RESET CPU,在程序aci3_3.c文件中找到初始化qep1.CalibratedAnglex；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2-4-3 Ta和Ia 图2-4-4 电流模型output和RMPGEN output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