基于32位DSC開放式交流伺服電動機驅動控制臺的研制

一、?課題研究目的
基于嵌入式實時性能、強大的DSP處理能力、快速的中斷響應速度以及高容錯能力的32位DSC TC1166器件實現(xiàn)永磁無刷直流電動機的驅動控制的實驗教學和開發(fā)應用，建立以數字技術為核心的永磁無刷直流電動機的驅動控制平臺，運用現(xiàn)代電機控制理論完善的電機控制算法程序庫，實現(xiàn)數字正弦波脈寬調制(SPWM)方法、正弦波原理無刷直流電動機驅動與控制、永磁同步電動機的磁場定向（FOC）控制系統(tǒng)的實驗分析與研究。因此依據電機控制技術的發(fā)展方向研制基于32位DSC開放式交流伺服電動機驅動控制平臺，并將其應用于《一體化電機系統(tǒng)的驅動與控制》本科生創(chuàng)新課程教學中具有重要的理論意義和實用價值。由于平臺系統(tǒng)采用開放式、模塊化結構和可重構、可任意擴展功能，因此所研制的平臺系統(tǒng)具有先進性。
二、課題背景
現(xiàn)代電機控制的發(fā)展，一方面要求提高性能、降低損耗、減少成本，另一方面又不斷地有技術指標極其苛刻的特殊應用的系統(tǒng)需求?？煽啃愿摺崟r性好是對電機控制系統(tǒng)的基本要求。微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展以及控制理論的完善、仿真工具的日漸成熟，給電機控制行業(yè)帶來了很多發(fā)展的機遇；同時現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，使得功率器件的開關頻率越來越高，各項性能也越來越好。而傳統(tǒng)的基于單片機軟件運算的控制系統(tǒng)，由于速度慢、開發(fā)周期長等弱點，已越來越不適應現(xiàn)代高性能伺服系統(tǒng)的要求以及時代發(fā)展的需要。數字信號控制器（DSC）的出現(xiàn)，特別是高性能的32位DSC的出現(xiàn)，為電機系統(tǒng)實現(xiàn)全數字高性能的控制提供了軟硬件基礎，并且在電機驅動控制領域得以廣泛應用，代表著當今電機驅動控制的發(fā)展方向。
三、課題研究主要內容
項目研究的主要內容可概括為以下三個方面:
1）、設計一個基于32位DSC TC1166的永磁無刷直流電動機驅動控制平臺；
2）、研制基于32位DSC TC1166電機控制算法程序庫，完成電機控制算法程序的仿真和驗證。
3）、基于32位DSC TC1166電機集成控制器實現(xiàn)永磁無刷直流電動機的驅動控制（實驗演示）。
(1)、基于32位DSC TC1166永磁無刷直流電動機的驅動控制平臺的架構
近年來數字控制處理芯片的規(guī)模，運算能力和可靠性得到了很大提高，以及電力電子技術和微電子技術的迅猛發(fā)展，使得DSP和高性能的MCU以及FPGA廣泛應用于交流伺服電動機驅動控制系統(tǒng)中，取代了以前的模擬器件控制系統(tǒng)。采用全數字控制技術，結合電機驅動控制理論來設計和構成具有開放式、可編程的嵌入式電機驅動控制系統(tǒng)。以德國Infineon公司32位DSC TC1166電機集成控制器為核心，應用數字控制技術，構造一個開放式永磁無刷直流電動機的驅動控制平臺。平臺系統(tǒng)包括1臺上位控制計算機、1臺伺服控制器、1臺帶有旋轉變壓器的永磁無刷直流電動機、一套轉矩/轉速測試儀和一臺磁粉制動器。其重點研制以32位DSC TC1166電機集成控制器為核心伺服控制器。其系統(tǒng)硬件結構框圖如圖1所示。