摘 要：介紹了SVPWM機(jī)理，設(shè)計(jì)了伺服電機(jī)的電流環(huán)控制的軟硬件方案，對(duì)電流環(huán)伺服控制策略進(jìn)行了研究，分析了電流采樣原理，并對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中逆變器的死區(qū)補(bǔ)償問(wèn)題做了一些探討，最后詳細(xì)介紹了電流環(huán)中斷的軟件實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：空間矢量脈寬調(diào)制; 逆變器; 死區(qū)補(bǔ)償 [b][align=center]Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWM SUN Jie , LUAN Zhong-quan[/align][/b] Abstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware scheme of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the current sampling, and do some research to keep the force ripple of load motor and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realization plan about current loop interruption was focused on. Key words : space vector pulse width modulation （SVPWM） ; inverter ; dead-time compensation 0 引言 　　近十幾年來(lái)，DSP控制器廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制中。TI公司的TMS320F2812 DSP具有更完備的外圍控制接口和更豐富的電機(jī)控制外設(shè)電路。它的事件管理器（EV）含有硬件SVPWM產(chǎn)生電路。產(chǎn)生SVPWM具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 控制精度高, 實(shí)時(shí)性強(qiáng), 軟件編程容易等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)控制策略主要采用三閉環(huán)控制，位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)。他們的主要的作用是使誤差越來(lái)越少,使控制精度更高更準(zhǔn)確更迅速并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。其中電流控制環(huán)是一個(gè)內(nèi)環(huán), SVPWM控制算法的實(shí)現(xiàn)主要集中在電流環(huán)上。在一個(gè)電流環(huán)周期內(nèi)需完成反饋電流的采樣、電壓死區(qū)補(bǔ)償和輸出電壓等運(yùn)算。它的性能指標(biāo)好壞, 特別是動(dòng)態(tài)特性, 將全面影響速度環(huán)和位置環(huán), 從而影響整個(gè)伺服系統(tǒng)。 1 SVPWM與電機(jī)的電流環(huán)控制 　　在電機(jī)變頻調(diào)速中，脈寬調(diào)制技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）方法與經(jīng)典的脈寬調(diào)制方法相比，具有直流電壓利用率高、控制簡(jiǎn)單、損耗較小、便于數(shù)字化方案實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電機(jī)控制中。 　　1.1 SVPWM機(jī)理 　　空間矢量PWM 指的是三相功率逆變器中的六個(gè)功率管的一種特殊的開(kāi)關(guān)方式。空間矢量PWM 方法的實(shí)質(zhì)就是利用六個(gè)功率管 　　的八種開(kāi)關(guān)組合方式給出電機(jī)的供電電壓向量。通過(guò)α -β坐標(biāo)變換,把8種狀態(tài)組合對(duì)應(yīng)的相電壓映射到α-β坐標(biāo)平面,即將（ a, b, c） 3個(gè)向量垂直映射到一個(gè)二維坐標(biāo)（α-β坐標(biāo)） , 這樣就可以得到6個(gè)非零向量和2個(gè)零向量. 6個(gè)非零向量構(gòu)成一個(gè)六邊形, 相鄰向量之間的夾角為60°, 2個(gè)零向量處于原點(diǎn),如圖1所示. [align=center] 圖1 α、β坐標(biāo)系中基本電壓空間矢量圖[/align] 　　通過(guò)檢測(cè)電機(jī)相電流的方向和大小，可以計(jì)算得到Uout的兩個(gè)分量。根據(jù)這兩個(gè)分量的大小和所處的扇形區(qū)間，得到Ux作用的時(shí)間，寫入DSP2812的事件管理器（EV）的比較寄存器中，通過(guò)EV來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波的生成。 　　1.2 DSP2812電流環(huán)控制結(jié)構(gòu) 　　電流環(huán)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 　　Ia+Ib+Ic=0，因此，只要檢測(cè)其中的兩路電流即可。電機(jī)相電流值由霍爾傳感器檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)Iu經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行I-U轉(zhuǎn)換后輸出。SVPWM硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示: [align=center] 圖2電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　電流環(huán)的控制算法采用PI，SVPWM（Space Vector PWM）。PI為經(jīng)典的比例積分控制，SVPWM控制技術(shù)可明顯減少逆變器輸出電流的諧波成分，減小脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特別易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，在電機(jī)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，經(jīng)過(guò)clarke變換、pake變換、逆Clarke 變換，作用于逆變器產(chǎn)生正弦波形。 2 電流采樣 　　對(duì)于數(shù)字化伺服電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電流采樣的精度和實(shí)時(shí)性在很大程度上決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。因此，精確的電流檢測(cè)是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要條件，也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 　　因?yàn)楸疚难芯康氖侨嗥胶庀到y(tǒng)，即 [align=center] 圖3 SVPWM硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　為減少電流信號(hào)高次諧實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制，除了要設(shè)計(jì)合適的電流環(huán)控制器，還要盡量減少電流反饋值中的高次諧波成分，電流采樣傳感器可以在安裝在每組IGBT橋臂的底部。在一個(gè)PWM周期中，對(duì)電流進(jìn)行采樣的時(shí)間選在PWM波各開(kāi)關(guān)周期的起點(diǎn)或中點(diǎn)時(shí)刻，能夠獲得諧波成分相對(duì)較少的基波電流值，有利于實(shí)現(xiàn)高精度的電流閉環(huán)控制。 3 DSP2812的死區(qū)補(bǔ)償 　　在電壓型脈寬調(diào)制（ PWM）逆變電路中,為避免同一橋臂上的開(kāi)關(guān)器件的直通,必須插入死區(qū)時(shí)間。然而，死區(qū)效應(yīng)是影響逆變器電壓和電流輸出的重要非線性因素。對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言,死區(qū)效應(yīng)會(huì)使得電機(jī)低速時(shí)的電壓及電流發(fā)生嚴(yán)重畸變,引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和諧波，因此對(duì)逆變器的死區(qū)必須進(jìn)行補(bǔ)償。 　　常用死區(qū)補(bǔ)償法方法有兩種: 硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。硬件補(bǔ)償法需要增加額外的硬件電路,通過(guò)輸出實(shí)際電壓和電壓參考值的比較得到所需要的補(bǔ)償電壓信號(hào)。軟件補(bǔ)償法是采用純軟件的方法,在電機(jī)的控制程序中加入死區(qū)補(bǔ)償?shù)乃惴?。這類補(bǔ)償算法也可以稱之為死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償法。在TMS320LF 2812中，死區(qū)補(bǔ)償脈寬可以通過(guò)修改事件管理器EV中的CMPR1、CMPR2來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4 軟件實(shí)現(xiàn) 　　帶有死區(qū)補(bǔ)償?shù)碾娏鳝h(huán)控制程序流程圖4所示 [align=center] 圖4帶死區(qū)補(bǔ)償?shù)碾娏鳝h(huán)軟件流程圖[/align] 　　從主程序中進(jìn)入電流環(huán)定時(shí)中斷的語(yǔ)句：PieVectTable.T1PINT = &EvaTimer1P_ISR; 　　系統(tǒng)初始化函數(shù)void InitEv （void）,設(shè)置T1周期定為500us，T1的控制寄存器，比較使能，定時(shí)器使能，連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式，設(shè)置pwm輸出135為高有效,246為低有效。 　　void InitEv（void） 　?。? 　　EvaRegs.T1PR=0x0BEBB; 　　EvaRegs.T1CON.all=0x0842; 　　EvaRegs.T1CMPR = 0x3c00; 　　EvaRegs.ACTRA.all = 0x666; EvaRegs.T1CNT = 0x0000; 　　EvaRegs.DBTCONA.all=0x088f; 　　EvaRegs.COMCONA = 0xA600; 　　……｝ 　　clarke變換、pake變換、PI算法以及逆Clarke 變換以函數(shù)的形式出現(xiàn)，函數(shù)定義如下： 　　void clarke_calc（CLARKE＊ g_Ci）; 　　void park_calc（PARK＊ g_Pi）; 　　double PID_calc1（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）; 　　double PID_calc2（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）; 　　void ipark_calc（IPARK＊ g_Iv）; 　　void CALC_SECTOR（）; 　　void CALC_T1T2（）; 　　定時(shí)器1計(jì)數(shù)到設(shè)定的周期值，比較寄存器根據(jù)計(jì)算的時(shí)間值自動(dòng)重新裝載，使輸出的PWM 波形占空比發(fā)生變化。裝載語(yǔ)句如下： 　　EvaRegs.CMPR1=T1+Td1; 　　EvaRegs.CMPR2=T1+T2+Td2; 　　EvaRegs.ACTRA.all&=0x0fff; 　　EvaRegs.ACTRA.all|=（SVDIR << 15） + （vector << 12）; 5 結(jié)束語(yǔ) 　　本文詳細(xì)介紹了SVPWM 的軟件實(shí)現(xiàn)方法，以TI 的DSP 芯片對(duì)SVPWM 實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制, 并通過(guò)對(duì)電流采樣和死區(qū)補(bǔ)償算法的改進(jìn), 有效減少了電機(jī)死區(qū)時(shí)間的影響，消除了諧波, 同時(shí)提升了電流輸出能力。所設(shè)計(jì)的電流環(huán)具有更高的控制效率。動(dòng)態(tài)性能得到改善, 為交流伺服系統(tǒng)中速度控制和位置環(huán)控制, 打下了良好的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 陳榮,嚴(yán)仰光.交流永磁伺服系統(tǒng)控制策略研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2004,（3）: 205- 208. 　　[2] 張希明,陳立銘,倪光正.一種基于TMS320F2812的電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng). 機(jī)　　電工程,2008,25（3）:61-63. 　　[3] 劉亮,鄧名高,歐陽(yáng)紅林,等.基于預(yù)測(cè)電流控制的PWM逆變器死區(qū)補(bǔ)償方法研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2005,8（20）:78-98. 　　[4] 許嘉晻, 徐國(guó)卿, 康勁松. 基于永磁同步電機(jī)的SVPWM死區(qū)分析與補(bǔ)償.電氣傳動(dòng),2007 ,37 （02 ）: 29-31 　　[5]王成元，夏加寬，楊俊友，孫宜標(biāo).電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006. 作者簡(jiǎn)介: 　　第一作者孫潔，性別，女，1983年生，2006年畢業(yè)于石油大學(xué)自動(dòng)化系，獲得學(xué)士學(xué)位，技術(shù)職稱與職務(wù)（/現(xiàn)為北京信息科技大學(xué) 學(xué)校 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 專業(yè)在讀碩士研究生）;主要從事電機(jī)控制、機(jī)器人技術(shù)的研究。