I．前言 交流伺服系統在機械制造、工業機械人、航空航天等領域獲得了廣泛的應用為使系統獲得較好的動態和靜態性能其控制對象大多采用了永磁同步電動機（PMSM）。直接轉矩控制技術是繼矢量變換控制之后 在交流調速領域里出現的一種新型變頻調速技術，該技術擯棄了矢量控制中解耦的思想，將轉子磁場定向更換為定子磁場定向，減弱了系統對電動機參數的依賴性不需要象矢量控制那樣進行復雜的坐標變換， 使系統控制結構簡單、轉矩響應迅速、魯棒性增強。本文所介紹的是一種采用直接轉矩控制的高性能全數字化的交流伺服控制系統。 2．交流伺服系統的直接轉矩控制原理在對永磁同步電動機的控制中，如果忽略電動機定子電阻 定轉子磁鏈夾角為負載角，此時電動機的電磁轉矩如下 在對永磁同步電動機進行直接轉矩控制時，通常保持定子磁場幅（轉子上永磁體產生的磁場）為恒定值，通過改變定子磁鏈的旋轉速度和磁鏈夾角 來控制電磁轉矩的變化，實現詞速。在定子靜止兩相坐標系（a=3） 下永磁同步電動機定子磁鏈與電磁轉矩的模型如下 根據上述公式及文獻參考得PMSM的直接轉矩控制系統原理框圖如圖1。在圈1中，S 為位置結定信號，sT為位置調節器 考慮到控制對象數學模型的不確定性和多變性，sT采用模糊參數自校正控制器，ASR 為速度調節器（Pl調節器）．ATR、AFR分別對轉矩信號i 和定子磁場信號 ．進行離散的兩點式調節．得到控制信號r和q，再根據電動機氣睬磁鏈位置查表確定電動機的定子電壓矢量。本方案中，通過對定子電壓、電流進行參數辯識運算得到電動機轉矩反饋信號 和定子磁場反饋信號 。 [b]3．系統的硬件電路設計 [/b] 根據系統的原理框圖 設計交流伺服控制系統的硬件電路如圖2 主要包括主電路、控制電路和保護電路三部分。 （1）主電路主電路選用SIEMES公司生產的智能功率模塊P22X，該模塊是高度集成化了的整流模塊、逆變模塊和各種傳感器及驅動保護電路；其主要特性如下： ①推薦負載為l 47kW；②模塊額定輸入電壓為230V （AC）；③ 典型開關頻率為20kHz；④ 保護功能為欠壓、過流與過熱，故障時輸出故障信號；⑤模塊內集成了220～整流模塊；@集戚了功率因數校正（PFC）電路；⑦ 模塊內部上下橋臂的IGBT巳插人2“s的死區時間；⑧ 其他各種檢覆f保護功能。 （2）控制電路為了實時地實現系統的直接轉矩控制和完善的檢覆、保護功能，本系統以80C196單片機為核心設計了控制電路，構成了功能齊全的實時控制系統。兩單片機間通過雙口RAM實現并行通信，控制電路中各主要部件完成如下任務： 1）1#單片機型號為INTEL80C196KC主要完成位置環控制和系統監測等任務，主要工作：接受串行121輸︿的控制信號和光電編碼器的電機位置信號；完成位置環的模糊自適應控制算法， 得到速度給定信號； 把速度給定信號通過雙121RAM并行通信送到2#單片機；接受鍵盤輸入信號并進行處理； 輸出系統顯示信號至顯示器； 完成系統的故障檢測。 2）2#單片機型號為INTEL80C196KC選用該型號主要是考慮其輸出信號將控制逆變器，INTEL80C196MC是一種專門為電機控制設計的單片機，其內部有一個稱為WG的PWM驅動信號發生器， 占用CPU 時間非常短， 由P6口直接輸出6路SPWM信號，用于P22X的驅動，每十引腳驅動電流可達20mA，驅動頻率也很高，死區時間可由程序設置，以防同一撟臂兩IGBT直通。2#單片機主要完成以下工作｝從雙121 RAM 接受速度給定信號；對電壓電流信號進行AID轉換；進行速度環、轉矩環、磁通環運算：查電壓開關矢量表由WG產生PWM驅動信號i完成過流、過壓等故障檢測及保護功能。 3）雙口通信：雙單片機間的數據并行通信采用雙口RAM IDTT130，這是一種高速IK x 8K雙口靜態RAM，帶片內總線仲裁電路，適用于雙機之間大量數據的快速雙向傳遞，IDTT130提供了兩套各自獨立的控制和地址總線，同時提供了BUSY和INT兩種總線仲裁方式。MCS96系列芯片均有Ready管腳，將它與IDT7130的BUSY引腳相連，就可以實現延時，IDTTI30芯片內部的集成競爭邏輯基于訪問信號先到者優先的原則，可以在左右 兩個CPU訪問端口同時進行地址訪問或片選匹配時，將兩端口訪問慢的一方BUSY引腳電平下拉，使之寫入操作無效．一旦另一方訪問完畢，訪問慢的一方BUSY線恢復上拉電平狀態，即可繼續訪問雙口RAM. （3）保護功能與驅動電路 在智能功率模塊P22X 中設置了災壓、過流及過熱等故障信號，該信號通過光電隔離進到80C196MC 的EXTINT端，只要任何一項起保護作用，都將立即封鎖WG波形發生器的輸出，禁止三相PWM 渡產生，提高運行可靠性． 同時將故障“代碼的形式存于EPROM中，井在顯示器上顯示故障，以備維修用。驅動電路采用專用集成芯片EXB840，它能夠實現IGBT的最佳驅動；EXB840內部有過流檢測及慢速過流切斷等電路，當1GBT發生嚴重過流或上下橋臂直通時，其集電極電壓升高，EXB840以不使1GBT損壞的較慢速度關斯1GBT，并向單片機請求中斯。 [b]4．軟件設計 [/b] 控制系統的軟件主要包括1#單片機軟件和2鼻單片機軟件兩大部分，1#單片機的軟件結構見圖3。1鼻單片機其主程序主要完成：系統初始化、參數設置、系統監控等任務｛位置環控制由軟件定時器中斷服務程序實現，軟件定時器每lms中斷1次，完成位置檢測，位置環的模糊自適應控制算法，得到電動機轉速給定信號。位置環的控制程序流程圖見圖4。2鼻單片機程序主要完成：初始化，系統監控，電流電壓采樣及A，D轉換，轉速 計算，讀寫雙121 RAM，電機模型參數辯識運算，運行速度環程序，運行ATR和AFR離散兩點式控制算法，查電壓矢量表控制WG輸出PWM信號。另外發生故障時，由故障中斷程序完成故障信號處理，記錄故障類型，以供顯示和查詢，并將故障類型傳送1#單片機。 5．緒論 采用直接轉矩控制的交流伺服控制系統經實驗結果表明：系統具有極高的穩態控制精度，動態響應快，抗干擾能力強，采用直接轉矩控制后其算法相對簡單，系統魯棒性增強。另外，使用雙121 RAMIDT／130解決了雙機鍵數據的快速雙向傳送，可靠性高，具有較好的推廣使用價值。 點擊此處下載原文