永磁電機三閉環(huán)有感伺服控制

自中科昊芯推出專題闡述HXS320F28034雙電機有感FOC控制系統(tǒng)實現(xiàn)以來，第一期主要分析了雙電機有感FOC控制原理，第二期著重分析了永磁BLDC的霍爾位置開環(huán)控制，第三期著重分析了永磁BLDC的雙閉環(huán)調(diào)速，第四期著重分析了永磁PMSM雙閉環(huán)FOC調(diào)速，本期基于上期的方案做了一個拓展，增加了位置閉環(huán)優(yōu)化，實現(xiàn)永磁電機三閉環(huán)有感伺服控制，并繼續(xù)基于平頭哥半導(dǎo)體有限公司的劍池集成開發(fā)環(huán)境（簡稱“CDK”）V2.12.1版本與HXS320F28034驅(qū)動一體板聯(lián)合開發(fā)。

PMSM三閉環(huán)有感伺服原理如圖1，系統(tǒng)給定位置θ*與差分增量式編碼器計算所得實際角度位置θ相比較，經(jīng)位置PI運算得到給定轉(zhuǎn)速n*，與差分增量式編碼器計算所得實際轉(zhuǎn)速nfbk相比較，經(jīng)速度PI運算得到q軸電流給定值iq*，采用id*=0控制，與霍爾電流采樣得到三相實際電流ia,ib,ic，經(jīng)CLARK與PARK變換所得d軸與q軸電流id,iq進行比較，經(jīng)電流PI輸出調(diào)節(jié)電壓Ud*,Uq*，經(jīng)反PARK變換得到調(diào)節(jié)電壓Uα*,Uβ*，經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM輸出三路開關(guān)管切換時間Tcm1,Tcm2,Tcm3，與三路PWM輸出三角載波相比較得到六路調(diào)制脈寬，驅(qū)動控制三相六橋臂MOSFET逆變器通斷，實現(xiàn)三閉環(huán)伺服的位置精確控制。

依照上述原理，設(shè)計HXS320F28034 PMSM三閉環(huán)有感伺服系統(tǒng)如圖2，通過GPIO按鍵控制電機使能與位置給定，轉(zhuǎn)子位置與速度檢測通過QEP模塊實現(xiàn)，電流采樣通過ADC模塊實現(xiàn)，經(jīng)三閉環(huán)PI調(diào)節(jié)輸出PWM波的導(dǎo)通脈寬，從而實現(xiàn)電機角度位置的精確伺服控制。硬件連接如圖3，圖中的小黑色電路板為差分編碼轉(zhuǎn)換器，讀者可根據(jù)需要自行采購。

系統(tǒng)所采用的軟硬件開發(fā)環(huán)境詳見《芯教程丨平頭哥CDK助力中科昊芯HX2000系列芯片之雙電機有感FOC控制系統(tǒng)專題（一）》。

根據(jù)上述分析，基于CDK開發(fā)PMSM三閉環(huán)有感伺服系統(tǒng)，代碼包括：PWM、QEP的外設(shè)GPIO引腳配置、三路三相PWM波輸出配置，QEP初始化配置與差分編碼器位置采樣、轉(zhuǎn)速與電角度計算、ADC初始化配置與電流采樣、PMSM斜坡啟動編碼器校正、PI調(diào)節(jié)算法、CLARK、PARK正逆變換、SVPWM算法調(diào)制的EPWM事件觸發(fā)中斷服務(wù)程序，主程序執(zhí)行調(diào)用，其中SVPWM算法調(diào)制的EPWM事件觸發(fā)中斷服務(wù)程序代碼為：

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CDK上開發(fā)PMSM三閉環(huán)有感伺服系統(tǒng)控制程序，其編譯結(jié)果為：

編譯通過后，可以開始調(diào)試，其調(diào)試結(jié)果如下：

調(diào)試后，控制PMSM在400rpm~600rpm調(diào)速與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置的效果如下：

關(guān)于昊芯

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