摘 要：介紹了SVPWM機理，設(shè)計了伺服電機的電流環(huán)控制的軟硬件方案，對電流環(huán)伺服控制策略進(jìn)行了研究，分析了電流采樣原理，并對電機驅(qū)動中逆變器的死區(qū)補償問題做了一些探討，最后詳細(xì)介紹了電流環(huán)中斷的軟件實現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：空間矢量脈寬調(diào)制; 逆變器; 死區(qū)補償 [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，DSP控制器廣泛應(yīng)用于電機控制中。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)簡單, 控制精度高, 實時性強, 軟件編程容易等優(yōu)點。電機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越少,使控制精度更高更準(zhǔn)確更迅速并實現(xiàn)自動控制。其中電流控制環(huán)是一個內(nèi)環(huán), SVPWM控制算法的實現(xiàn)主要集中在電流環(huán)上。在一個電流環(huán)周期內(nèi)需完成反饋電流的采樣、電壓死區(qū)補償和輸出電壓等運算。它的性能指標(biāo)好壞, 特別是動態(tài)特性, 將全面影響速度環(huán)和位置環(huán), 從而影響整個伺服系統(tǒng)。 1 SVPWM與電機的電流環(huán)控制 　　在電機變頻調(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、控制簡單、損耗較小、便于數(shù)字化方案實現(xiàn)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在電機控制中。 　　1.1 SVPWM機理 　　空間矢量PWM 指的是三相功率逆變器中的六個功率管的一種特殊的開關(guān)方式。空間矢量PWM 方法的實質(zhì)就是利用六個功率管 　　的八種開關(guān)組合方式給出電機的供電電壓向量。通過α -β坐標(biāo)變換,把8種狀態(tài)組合對應(yīng)的相電壓映射到α-β坐標(biāo)平面,即將（ a, b, c） 3個向量垂直映射到一個二維坐標(biāo)（α-β坐標(biāo)） , 這樣就可以得到6個非零向量和2個零向量. 6個非零向量構(gòu)成一個六邊形, 相鄰向量之間的夾角為60°, 2個零向量處于原點,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] 　　通過檢測電機相電流的方向和大小，可以計算得到Uout的兩個分量。根據(jù)這兩個分量的大小和所處的扇形區(qū)間，得到Ux作用的時間，寫入DSP2812的事件管理器（EV）的比較寄存器中，通過EV來實現(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，只要檢測其中的兩路電流即可。電機相電流值由霍爾傳感器檢測，檢測信號Iu經(jīng)過運算放大器進(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，減小脈動轉(zhuǎn)矩，特別易于數(shù)字化實現(xiàn)，在電機控制領(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 　　對于數(shù)字化伺服電機控制系統(tǒng)來說，電流采樣的精度和實時性在很大程度上決定了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。因此，精確的電流檢測是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要條件，也是實現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 　　因為本文研究的是三相平衡系統(tǒng)，即 [align=center] 圖3 SVPWM硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　為減少電流信號高次諧實現(xiàn)高性能閉環(huán)控制，除了要設(shè)計合適的電流環(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PWM周期中，對電流進(jìn)行采樣的時間選在PWM波各開關(guān)周期的起點或中點時刻，能夠獲得諧波成分相對較少的基波電流值，有利于實現(xiàn)高精度的電流閉環(huán)控制。 3 DSP2812的死區(qū)補償 　　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關(guān)器件的直通,必須插入死區(qū)時間。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。對于電機驅(qū)動系統(tǒng)而言,死區(qū)效應(yīng)會使得電機低速時的電壓及電流發(fā)生嚴(yán)重畸變,引起轉(zhuǎn)矩脈動和諧波，因此對逆變器的死區(qū)必須進(jìn)行補償。 　　常用死區(qū)補償法方法有兩種: 硬件補償和軟件補償。硬件補償法需要增加額外的硬件電路,通過輸出實際電壓和電壓參考值的比較得到所需要的補償電壓信號。軟件補償法是采用純軟件的方法,在電機的控制程序中加入死區(qū)補償?shù)乃惴ā＿@類補償算法也可以稱之為死區(qū)時間補償法。在TMS320LF 2812中，死區(qū)補償脈寬可以通過修改事件管理器EV中的CMPR1、CMPR2來實現(xiàn)。 4 軟件實現(xiàn) 　　帶有死區(qū)補償?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)定時中斷的語句：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，定時器使能，連續(xù)增減計數(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（）; 　　定時器1計數(shù)到設(shè)定的周期值，比較寄存器根據(jù)計算的時間值自動重新裝載，使輸出的PWM 波形占空比發(fā)生變化。裝載語句如下： 　　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 　　本文詳細(xì)介紹了SVPWM 的軟件實現(xiàn)方法，以TI 的DSP 芯片對SVPWM 實現(xiàn)了全數(shù)字控制, 并通過對電流采樣和死區(qū)補償算法的改進(jìn), 有效減少了電機死區(qū)時間的影響，消除了諧波, 同時提升了電流輸出能力。所設(shè)計的電流環(huán)具有更高的控制效率。動態(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].電機與控制學(xué)報，2004,（3）: 205- 208. 　　[2] 張希明,陳立銘,倪光正.一種基于TMS320F2812的電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng). 機　　電工程,2008,25（3）:61-63. 　　[3] 劉亮,鄧名高,歐陽紅林,等.基于預(yù)測電流控制的PWM逆變器死區(qū)補償方法研究[J].電工技術(shù)學(xué)報,2005,8（20）:78-98. 　　[4] 許嘉晻, 徐國卿, 康勁松. 基于永磁同步電機的SVPWM死區(qū)分析與補償.電氣傳動,2007 ,37 （02 ）: 29-31 　　[5]王成元，夏加寬，楊俊友，孫宜標(biāo).電機現(xiàn)代控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006. 作者簡介: 　　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 機械設(shè)計及理論 專業(yè)在讀碩士研究生）;主要從事電機控制、機器人技術(shù)的研究。