MATLAB-DSP在无传感器矢量控制中的应用
Luenberger观测器在永磁同步电机无传感器控制中的应用研究
Luenberger观测器在永磁同步电机无传感器控制中的应用研究周双飞;黄海波;简炜【摘要】In the vector control of permanent magnet synchronous motor (PMSM),according to the principle of Luenberger observer,a based on Luenberger observer of PMSM rotor speed and position estimation method was proposed,an effective solution to some drawbacks of the PMSM due to the installation of mechanical ingMATLAB/Simulink tool to build the control system simulation model and simulation,simulation results showed that the control system had good control performance.Finally,in STM32F103ZET6 as the control core of the hardware system for algorithm implementation.The experimental results showed that the PMSM control system based on Luenberger observer had high control precision and good stability.%在永磁同步电机(PMSM)矢量控制中,根据Luenberger观测器原理,提出了一种基于Luenberger 观测器的PMSM 转子速度和位置的估算方法,有效解决了PMSM由于机械传感器安装带来的一些弊端.利用MATLAB/Simulink工具搭建控制系统仿真模型并进行仿真验证,仿真结果表明控制系统具有良好的控制性能.最后,在以STM32F103ZET6为控制核心的硬件系统上进行算法的实现,试验结果表明基于Luenberger 观测器的PMSM控制系统具有较高的控制精度且稳定性较好.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)010【总页数】5页(P59-62,66)【关键词】永磁同步电机;无速度传感器;Luenberger观测器【作者】周双飞;黄海波;简炜【作者单位】湖北汽车工业学院电气与信息工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院电气与信息工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院电气与信息工程学院,湖北十堰442002【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有高动态性能、高功率密度、轻量化等特点，随着电力电子技术和微处理器技术的发展，PMSM得到广泛的应用。
基于DSP的永磁同步电机无传感器矢量控制系统研究
可测量的电压和电流信号， 准确地估计 出电机转速和转子位置信息。本文采用的是一种基于三相永磁同步电 机数学模型的滑模观测器无位置传感器技术。 对 于采 用星 型连接 具有对 称三 相定 子绕组 的永磁 同步 电机 而言 ， 在定 子 静 止两 相 坐 标 系统下 的电压
方程 为 Ｍ ＝ｒ・ ８＋ ｄ ＋ｅ ） ｑ （ ｔ （） ４
０ 引 言
永 磁 同步 电机 由于其 体 积小 、 量轻 ， 重 控制 系 统相 对较 简 单 ， 够 达 到快 速 、 能 准确 的控 制要 求 。本 文在 永 磁 同步 电机 矢量 控制 的前 提 下采 用速 度 和 电流双 闭环控 制 及无 位置 传感 器算 法 ， 并结 合 Ｍｏ ｒａ公 司生产 的 ｔｏ ｏｌ 专 用于 电机 控制 的 ＭＣ ６ ８ １ Ｓ ５ Ｆ０ ３Ｄ Ｐ芯 片作 为数 字控制 器 的核 心 ， 以相应 的外 围电路 ， 辅 设计 了相 应 的控 制 软 硬 件 ， 进行 了实验 验证 。 并
＝
ｑ
＝ ｉｓ ｓｉ
＝ ｉ Ｊ
＝１ ０
（） ３
式 中 ， ｉ为三 相合 成 电流矢 量 ， 为 ｉ与 ｄ轴 的夹 角 。
对于三相永磁 同步电机而言 ， 其转子为永磁体 ， 为恒定值 ， 因此只要保持 ｉ与 ｄ 轴垂直 ， 即 ＝０， 就可 以通 过调 整 来 控制 电磁 转矩 ， 。 实现 三相 永磁 同步 电机 控制 参数 的解 耦 ， 到 了矢量 控制 的 目的。 达
ｄｉ ． ｒ ｄ 一 Ｌ
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基于DSP的无位置传感器永磁同步电机磁场定向控制系统
基于DSP的无位置传感器永磁同步电机磁场定向控制系统本文着重介绍了一种改进算法，即取消相电流传感器且采用滑模观测器实现无位置传感器速度控制。
永磁同步电机（PMSM）是近年来发展较快的一种电机，由于其转子采用永磁钢，属于无刷电机的一种，具有一般无刷电机结构简单，体积小，寿命长等优点［1］。
本文讨论空间矢量控制的永磁同步电机，采用磁场定向算法借助DSP 高速度实现对转速的实时控制。
由于控制算法必须获取转子位置信息，所以传统的控制系统都需要以光电编码器等作为转子位置传感器。
为了最大限度减少传感器，本文从改变相电流检测方法，建立采用砰－砰控制的滑模观测器，介绍一个可以实现的模型。
2磁场定向原理磁场定向控制，简称FOC。
如图1 所示，两直角坐标系：αβ坐标系为定子静止坐标系，α轴与定子绕组a 相轴重合；dq 为转子旋转坐标系，d 轴与转子磁链方向重合，并以同步速ωr 逆时针旋转。
两坐标系之间的夹角为θe。
可以把定子电流综合矢量is，在旋转坐标系dq 轴上如下式分解is＝isd＋isq （1）在交流永磁同步电机中，转子为永磁钢，可认为转子电流综合矢量的模大小不变，常用常数值IF 代表。
根据交流电机电磁转矩T 与定、转子电流综合矢量的普遍关系式［2］式中p 极对数L12 定、转子互感i1 定子电流综合矢量i2 转子电流综合矢量δ定、转子综合矢量间夹角这样电磁转矩只随｜i1｜和角δ变化。
为了获得简单可控的转矩特性，可以给定定子电流综合矢量指令使其始终在q 轴上，即δ＝90°，从而得式中Is 定子电流综合矢量的模按上式可以实现用定子电流综合矢量的模来直接控制电动机电磁转矩，从而使永磁同步电动。
基于磁链估计的PMSM无传感器矢量控制
基于磁链估计的PMSM无传感器矢量控制王永晴;雷景生;刘大明【摘要】针对永磁同步电机的无传感器矢量控制,利用对磁链的估计,提出了一种转子位置、速度的估计方法.该方法通过测量的相电流和端电压估计电机的定子磁链,再利用定子磁链对估计位置进行校正.针对二阶多项式曲线拟合位置估计方法所存在的问题,又提出了引入锁相环结构来减小稳态估计误差.理论分析和仿真结果表明,所提出的永磁同步电机无速度传感器控制方法在低速和高速时都能精确辨识出转子的位置和速度,系统具有较好的鲁棒性和良好的动静态运行性能.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】7页(P175-180,187)【关键词】永磁同步电机;无速度传感器控制;磁链估计;位置估计;速度估计;锁相环【作者】王永晴;雷景生;刘大明【作者单位】上海电力学院电子与信息工程学院,上海200090;上海电力学院计算机科学与技术学院,上海200090;上海电力学院计算机科学与技术学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM351永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)具有结构紧凑、效率高、调速范围宽、转矩惯量比高、动态性能好等优点[1],已在越来越多的领域中得到了广泛的应用.为了实现对永磁同步电机的精确控制,必须获得准确的转子位置和速度.通常采用机械速度传感器测量电机转速,然而安装速度传感器不仅增加了安装和维护的成本,也导致系统容易受到外部环境的干扰,降低了系统的可靠性.因此,研究如何实现永磁同步电机的无速度传感器控制很有必要[2-3].目前,国内外学者在这一领域进行了大量的研究,提出了许多种方法.文献[4]和文献[5]讨论了基于滑模观测器的方法,该方法的鲁棒性较好,但存在低速抖振现象,且估计的转子位置受转速估计误差影响严重.文献[6]和文献[7]提出了高频注入的方法,通过给电机注入高频信号,能够检测出其响应,进而从中提取转子的位置和速度,但在注入高频信号的同时也会引入高频噪声,干扰检测结果,且该方法对电机转子的凸极性有一定的要求,不适用于隐极式永磁同步电机.扩展卡尔曼滤波法[8-9]需要进行矩阵的求逆运算,模型复杂,计算量大,难以满足实时控制的要求.本文针对上述问题,通过对磁链和电流的估计,提出了一种永磁同步电机转子位置、速度的估计方法.1.1 PMSM数学模型在转子磁场定向的两相旋转d-q坐标系中,永磁同步电机的数学模型[10]如下.定子绕组电压方程为:式中:ud,uq——定子绕组的d轴和q轴电压;rs——定子电枢电阻;id,iq——定子绕组的d轴和q轴电流;p——微分算子,p=d/dt;λd,λq——定子d轴和q轴的磁链;ωr——转子电角速度.定子绕组磁链方程为:式中:Ld,Lq——定子绕组d轴和q轴的电感;λm——转子永磁体产生的磁链.电磁转矩方程为:式中:Te——电磁转矩;np——电机极对数.1.2 无速度传感器矢量控制结构系统采用位置、速度双闭环矢量控制方式,利用id=0的控制策略.在式(3)中,若励磁磁链和交、直轴电感确定,则控制id和iq就可控制永磁同步电机的转矩.速度控制器和电流控制器采用常规的PI控制算法.无速度传感器的永磁同步电机矢量控制系统结构如图1所示.2.1 电流估计转子位置、速度估计算法的整体结构框图如图2所示.静止α-β坐标系下永磁同步电机的数学模型为:式中:uα,uβ——定子绕组的α轴和β轴电压;iα,iβ——定子绕组的α轴和β轴电流;λα,λβ——定子绕组的α轴和β轴磁链.磁链方程为:式中:θr——转子位置.因此,可以对式(4)积分得到估算的α轴和β轴磁链α(k)和β(k)为:由式(5)和式(7)可得估计的定子绕组的α轴和β轴的电流α(k)和β(k)为:式中r(k)——估计的转子位置.对于隐极式永磁同步电机,令Ld=Lq,即ΔL=0,代入式(8)得:为了校正估计的转子位置,首先将估计的定子电流和实际的定子电流作差得到电流误差Δiα(k),Δiβ(k)为:2.2 位置估计在两相旋转d-q坐标系中,实际磁链λa,b,c和估计磁链的关系为:转子位置角度关系如图3所示.由永磁同步电机的空间矢量模型可知,在d-q坐标系中,估计的定子α轴和β轴磁链可以表示为:式中:——估计的定子绕组q轴和d轴磁链;估计的定子绕组q轴和d轴电流;Δθ——位置跟踪误差信号,.假设Δθ非常小,则可以作以下近似:将式(13)代入式(12)可得:实际的定子绕组磁链如式(2)所示.将式(14)与式(2)作差得到定子绕组的磁链误差为:其中,.Δiq,Δid可利用式(11)由Park变换得到:假设磁链估计的算法是准确的,对于隐极式永磁同步电机则有:将式(17)代入式(15)可得到位置跟踪误差信号为:只要对位置误差Δθ进行有效的调节,使其趋近于零,就可以获得收敛于真实值θr的转子位置估计角.文献[11]至文献[13]采用二阶多项式曲线拟合的方法进行了位置估计,但是这种拟合方法的结果存在估计不够准确的缺点.本文针对这一问题进行了改进,通过引入锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)结构来减小稳态估计误差,以确保快速、准确地获取转子位置及速度的信息.引入的PLL结构框图如图4所示.通过试验,然后按照工程经验公式对调节器参数进行整定,最终将PI调节器参数选为Kp=373.2,Ki=11.2,可得到估计的转子位置和速度.为了验证上述系统的正确性和可行性,利用Matlab/Simulink对PMSM系统进行了仿真验证.仿真具体参数如表1所示.仿真中引入的PI调节器参数如下.转速调节器:Kp=0.6,Ki=0.005;d轴电流环:Kp=20,Ki=0.1;q轴电流环:Kp=20,Ki=0.1.为了研究包括接近零速的全速范围内转子位置和速度的跟踪性能,选择了高速区180 r/s和低速区20.9 r/s进行了仿真研究.在高速情况下,系统所能承受的最大突投负载约为10 N·m,如果突投负载大于10 N·m,系统会因不稳定而崩溃;在低速情况下,系统所能承受的最大突投负载约为6 N·m,为50%的额定负载,要小于高速情况,如果突投负载大于6 N·m,系统也会因不稳定而崩溃.以上两种情况虽然属于不同工况,但都可以反映系统在突投负载干扰时的稳定性和鲁棒性,而且突投的负载大小足够满足系统实际运行所需.图5为永磁同步电机空载启动至180 r/s后,1.1 s时突加10 N·m负载,1.3 s时突减10 N·m负载的仿真情况.图6为电机空载启动至20.9 r/s后,0.5 s时突加6 N·m负载,0.8 s时突减6 N·m负载的仿真情况.在上述两种情况下,速度和位置曲线的估计值和实际值均接近重合,其差别可通过误差曲线反映出来.由图5可以看出,高速区180 r/s情况下突加突减10 N·m负载后的动态速降约为±7 r/s,转速超调约为3.9%,动态响应时间约为0.06 s;由图6可以看出,低速区20.9 r/s情况下突加突减6 N·m负载后的动态速降约为±5 r/s,转速超调约为23.9%,动态响应时间约为0.05 s;稳态转速为180 r/s时的速度估计静差约为±0.8 r/s,位置估计静差约为±0.001 8 r;稳态转速为20.9 r/s时的速度估计静差约为±0.08 r/s,位置估计静差约为±0.000 06 r.由此可知,当负载突变时,系统能够较快恢复稳定,且实际转速和位置的稳态误差很小,整个系统具有非常好的动态性能和稳态性能.为了进一步研究系统的重载起动性能,本文还针对中低速(0～140 r/s)起动下的控制结果进行了仿真验证.考虑到实际应用中变频器的输出功率是有限的,仿真中给定的起动转矩(24 N·m)是两倍的额定转矩(12 N·m),仿真结果如图7所示.由图7可以看出,在24 N·m的起动转矩下,估计转速经过短暂波动后,仍可较快地跟随实际转速,达到给定的140 r/s,电磁转矩响应迅速,在起动的瞬间就达到了24 N·m,并大于给定转矩以维持速度的稳定上升.转子速度的稳态误差约为±0.3 r/s,位置的稳态误差约为±0.01 r,系统可以很精确地预估转子的速度和位置,具有较好的动静态性能和过载能力.本文针对永磁同步电机的无速度传感器矢量控制,提出了一种估计转子位置和速度的方法.通过对系统在高速和低速情况下分别突投负载,检验系统在负载扰动时的稳定性和鲁棒性,并且针对系统的中低速重载起动性能进行了仿真.理论分析和仿真结果表明,该方法在全速范围内负载突变以及中低速重载起动的情况下均能够精确检测出转子位置和速度;系统的动态响应较快,静态误差较小,估计精度高,对负载转矩扰动的鲁棒性较强,电磁转矩响应迅速,具有较好的应用价值.【相关文献】[1]MORIMOTO S,HATANAKA K,TONG Y,et al．Servo drive system and control characteristi cs of salient pole permanent magnet synchronous motor[J]．IEEE Industry Applications So ciety,1993,29(2):338-343．[2]YOUSFI D,HALELFADL A,EI KARD M．Review and evaluation of some position and speed estimation methods forPMSM sensorless drives[C]//International Conference on Multimedia Computing and Syst 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电机控制系统中使用DSP的优势
电机控制系统中使用DSP的优势从电梯、家电到机器人和工业自动化生产线，电机几乎无处不在。
而作为高能耗设备，数量巨大的电机的电能消耗占全球电能消耗量的比例极高，在美国估计50%的电能由电机消耗。
由于许多电机的效率低下，如此巨大的能耗中很大部分被浪费掉。
例如，小型交流电机的效率低至50%。
电机的低能效对于工厂等应用环境来说是祸不单行——既消耗电能还产生了影响设备性能的热量。
解决这个问题的一个办法是增加智能负载匹配和可变速控制，这种解决办法可以将能效提高14%~30%。
如果这种解决方案得到广泛的采用，仅美国可以节省15%的总电能，相当于减少3000亿千瓦时的能耗，节约近150亿美元的用电成本，每年减少温室气体排放量达1.8亿吨。
低碳经济的压力让先进的电机控制方案日益得到重视，越来越多的电机开始采用先进的控制技术以实现目标应用的最佳性能，并尽可能降低功耗。
此外，消费者与相关政府法规也对电机的节能、低噪声和安全特性提出更加严格的要求，而基于DSP的电机控制应用由于其独特优势正迅速获得越来越广泛的应用。
DSP成为高性能电机控制的首选方案电机控制用IC可以分为三大类，即电机控制专用芯片、针对电机控制应用的MCU和DSP。
随着社会对环保理念的深入关切，低能耗产品设计面临越来越苛刻的需求。
同样，近年来电机控制系统方案也面临越来越高的要求，一方面用于无传感器矢量控制的复杂算法和高级建模需要出色的处理能力，另一方面需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的综合优势。
随着全球市场对节能和产品性能需求的提高，以及价格的持续走低，DSP的独特优势使其在电机控制市场获得越来越广泛的认可，由高端工业电机控制领域向更广泛的电机控制市场扩张。
高性能电机应用系统通常包括核心伺服功能、运动描述和主机通信功能。
在过去诸多MCU 或专用芯片解决方案中，由于处理器有限的处理能力，系统设计时必须对控制算法进行一定的折中以释放出足够的性能余量来实现其他功能，或者采用双处理器方案。
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇
基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计共3篇基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计1基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究与设计随着现代电子技术的发展，控制技术逐渐成为重要的研究领域。
永磁同步电机作为一种高效、稳定的电机，已经得到广泛应用。
而矢量控制技术，则可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
本文，我们将介绍基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
从系统架构、控制算法、硬件设计以及实验测试等方面，详细探究其原理和实现方法。
一、系统架构永磁同步电机矢量控制系统主要由两部分组成：控制器和电机。
其中，控制器采用DSP作为核心，运行矢量控制算法，将电机转速、位置等信息输入进行控制。
电机由永磁同步电机、驱动器和传感器组成。
二、矢量控制算法矢量控制算法主要包括两种：基于空间矢量分解的矢量控制和基于旋转矢量的矢量控制。
其中，基于空间矢量分解的矢量控制是通过将电机的空间矢量分解为定子和转子磁链矢量，控制其大小和相位差来实现永磁同步电机的转矩和转速控制；基于旋转矢量的矢量控制则是通过构建一个旋转矢量，并控制其与电机运动的相对位置来实现对电机的精确控制。
三、硬件设计在硬件设计方面，我们采用了一种小型化的设计方案，将DSP 与其他电路集成在一起，便于控制和维护。
电机驱动器采用了3相全桥逆变器，可实现对电机的相位和大小控制。
传感器为霍尔传感器，并通过反馈控制将电机转速等信息输入到控制器中。
四、实验测试为了验证所设计的永磁同步电机矢量控制系统的有效性，我们进行了实验测试。
通过转速和转矩测试，得到了电机在加速、减速、负载改变等情况下的运行特性。
实验结果表明，所设计的永磁同步电机矢量控制系统具有较高的控制精度和稳定性。
五、结论综上所述，基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计可实现对永磁同步电机的精确控制，提高其效率和稳定性。
对于电机控制领域的研究和应用具有一定的参考和借鉴价值本文介绍了基于DSP的永磁同步电机矢量控制系统的研究和设计。
电机的DSP控制技术及其应用
电机的DSP控制技术及其应用摘要：电机控制包括速度控制、位置控制以及力矩控制等多项功能，通过DSP这一高性能数字信号处理芯片，可以有效地提升电机控制的效率。
电力控制中的DSP芯片主要应用在磁场定向及无传感器控制中。
因无传感器控制需要通过已知电压及电流对所在位置及速度进行计算处理，但是在磁场定向控制中，则是将所有变量以矢量的形式，可以转化到定子旋转磁场的坐标中，DSP在这一过程中实现高速运算处理，确保以上工作的实现。
关键词：电机控制系统；DSP；应用1、DSP的工作原理及特点DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片，其有着强大的数据处理能力和高运行速度。
2、电机DSP控制系统的优越性2.1 DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。
因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。
2.2简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。
2.3 DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。
2.4通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。
PMSM改进型滑模观测器无传感器参数辨识
PMSM改进型滑模观测器无传感器参数辨识刘艳莉;张烨;吕继考;王清龙【摘要】为解决经典滑模观测器由于不连续开关函数而存在的抖动问题,文中提出了一种基于双曲正切函数的滑模观测器来对电机的反电动势进行估计.同时,为消除由低通滤波器引起的相位延迟以得到比较准确的转子位置与速度信息,将观测器得到的反电动势信息及转子位置构造成一个锁相环.在锁相环中输入信号通过比例积分环节获得电机的转速与转子位置信息.仿真及实验结果表明:改进后的滑模观测器能够有效实现对永磁同步电机速度和位置比较精确的辨识,有效抑制了抖动问题.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2014(026)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】永磁同步电机;无传感器矢量控制;滑模观测器;双曲正切函数;锁相环【作者】刘艳莉;张烨;吕继考;王清龙【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;天津大学电气与自动化工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM341在永磁同步电机无传感器矢量控制系统中，转子位置的准确获取非常重要，这关系到电机运行性能是否稳定的问题。
虽然位置传感器可以比较精确地获取转子的位置，但这些传感器增大了控制系统的体积，同时，鉴于传感器对环境条件的敏感性，系统的精确性也不易得到保证[1]。
为了解决机械传感器带来的不便，无传感器矢量控制技术应运而生。
目前，永磁同步电机无传感器控制技术大致可以分为5类：基于电机模型的估算方法、基于模型参考自适应方法、高频信号注入法、基于观测器估算方法和人工智能理论估算方法[2～4]。
文献[5]采用了高频信号注入法对永磁电机转速进行辨识，即通过注入旋转矢量载波高频信号来跟踪转子凸极，从而得到转子位置。
但是存在以下问题：当电机高速运行时，要求注入的高频信号要远大于电机基波频率，而功率开关器件的性能有限，因此，高频信号注入法不能保证电机在高速运行状态时速度与位置辨识的准确性。
感应电机全阶磁链观测器矢量控制系统的离散化仿真
感应电机全阶磁链观测器矢量控制系统的离散化仿真周杰;宋文祥;尹赟【摘要】基于MATLAB/Simulink仿真平台,采用模块化的思想分别建立了矢量控制模块、全阶磁链观测模块及转速自适应模块,建立了无速度传感器异步电机全阶磁链观测器的离散化仿真模型,可以十分便捷地实现和验证控制算法.与使用S-function搭建的全阶磁链观测器连续域的感应电机模型和控制模型仿真方法相比,给出的模块化离散仿真模型能够大大提高仿真速度.仿真结果表明,离散化采样周期可以合理控制仿真速度和精度,同时也证实了该离散化仿真模型的合理性、有效性,为电机控制系统的快速仿真研究提供了一条思路.%Based on analyzing the mathematical model of an adaptive full-order flux observer for induction motors, the independent functional blocks, such as vector control block, full-order flux observer block and speed-adaption block had been modeled according to the modularization idea in MATLAB/Simulink. By the organic combination of these blocks, the model of discrete simulation of an adaptive full-order flux observer for sensorless induction motor drives had been established easily to test and verify control algorithms very conveniently. Compared with the mathematical model which was constructed by S-function in MATLAB/Simulink, the simulation speed was improvd. All the simulation results showed that the precision and speed of simulation could by the discrete simulation model proposed can be controlled by the discretization sampling period and the reasonability and validity had also been testified. This method offers a thoughtway for the fast simulation research of motor control system.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2012(039)001【总页数】6页(P16-21)【关键词】感应电机;全阶磁链观测器;模块化仿真;离散化仿真;矢量控制【作者】周杰;宋文祥;尹赟【作者单位】上海大学上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072;上海大学上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072;上海大学上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言感应电机全阶观测器可实现对转子磁链和定子电流的观测，并根据定子电流的估计误差和转子磁链的估计值自适应辨识出电机的实际转速和定子电阻［1-2］。
基于矢量控制的永磁同步电机控制算法设计
１１５基于矢量控制的永磁同步电机控制算法设计邹祎（装甲兵工程学院控制工程系，北京100072）摘要：矢量控制理论的出现使交流同步电机速度和位置的控制水平可以和直流电机相媲美，甚至超过直流电机。
文章介绍了永磁同步电机矢量控制的基本原理，并采用模块化的思想设计了基于矢量的永磁同步电机控制算法，并在MATLAB 中进行了仿真，仿真结果表明，控制算法效果理想。
关键词：PMSM ；矢量控制；MATLAB 中图分类号：TJ811文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2016）12-0115-02PMSM controlling arithmetic design based on vector controllingZou Yi(Control engineering department,Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China )Abstract ：Appearance of vector controlling theory make controlling performance of AC motor catch up with DC motors ’,even proceed the DC motors ’.This paper introduces basic principle of PMSM vector controlling and designs PMSM controlling arithmetic based on vector controlling with usage of modularity.Then this paper simulates arithmetic in MATLAB.The result of simulation shows performance of the arithmetic is good.Key Word ：PMSM;Vector controlling;MATLAB0引言当前的电子控制技术已进入数字控制的时代，数字控制大规模采用微处理器，具有如下优势：集成布线，可靠性高；便于存储、诊断、监测以及分级控制；图1永磁同步电机控制系统结构通过坐标变换能实现直、交轴电流i d 、i q 的解耦，控制i d 的值为零，转矩就仅与i q 有关。
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MATLAB-DSP在无传感器矢量控制中的应用
摘要: 本文介绍了一种采用MATLAB及CCS对异步电机无速度传感器
交流调速系统进行调试的方法。
应用MATLAB语言强大的分析能力和绘图功能，与DSP
高速运算的优势相结合，在自行搭建的无传感器矢量控制系统平台进行了调速实验，实验结果表明，采用Matlab调试及直接目标代码生成的方法能避免传统计算机模拟的复杂编程过程，减少了工作量，有助于提高系统的综合效率, 且能够保持系统良好的动静态调速控制性能。
1.引言
Matlab是一个强大的分析、计算和可视化工具，特别适用于控制系统的分析和模拟，但由于其依赖的平台是计算机及其CPU，因而由于CPU系统功耗的原因，使得MATLAB程序的执行速度相对于高速信号的输入/输出显得很慢，远不能满足实时信号处理的要求，而DSP就其软件的编程能力而言，与单片机
及计算机的CPU的编程设计方法有类似之处，但DSP比单片机的运算速度快得多，又比CPU 的功耗及设计复杂度低得多，但是其分析和可视化能力远不及Matlab，开发过程比较复杂。
不过，目前有一种新的技术，可以将DSP和Matlab两者密切结合起来，充分利用两者的特长，有力的促进控制系统的实现。
伺服驱动装置是印刷机无轴传动[3]控制系统中重要的组成部分，国内大部分产品是采用带速度传感器
的专用变频器调速，控制精度不高[4]，而国外的产品价格又非常昂贵，由此，本文自行开发了一套基于PI 调节器的无速度传感器矢量控制系统，并且在自行搭建的实验平台进行了调速实验，在实验过程中，运用了Matlab与DSP混合编程的调试方法，实验结果表明，采用Matlab调试及直接目标代码生成的方法能避免传统计算机模拟的复杂编程过程，减少了工作量，有助于提高系统的综合效率, 且能够保持系统良好的动静态调速控制性能，很好地满足了印刷机无轴传动控制系统的要求。
2.无速度传感器矢量控制系统介绍
由于采用高性能的矢量控制方法且缺省了速度传感器，那么如何准确的获取转速信息，且保持伺服系统
较高的控制精度，满足实时控制的要求，也就成为本课题研究的重要方向。
在这里我们采用PI自适应控制方法，利用在同步轴系中q轴电流的误差信号实现对电机速度的估算，整体结构如图1所示。
角速度给定值ω*与推算角速度反馈值ω的误差送入速度调节器，速度调节器的输出即为电磁转矩的给定值Te*，由iq1 = LrTe/PmLmФd2可以计算出电流的q轴分量给定值iq1*，当q轴电流没达到设定值时，可由Rs 产生的q轴电压和ω1σLs产生的d轴电压来调节。
因此，iq1*与定子电流q轴分量的实际值iq1的误差信号送入PI调节器调节器的输出uq1’为定子电流q轴分量误差引起定子电压q轴分量的调节量。
其中速度推算模块以不含有真实转速的转子磁链方程以及坐标变换方程作为参考模型，以含有待辨识转速的PI自适应律为可调模型，以定子电流转矩分量作为比较输出量，采用比例积分自适应律进行速度估计，经过PI调节后，输出量就是待求的电机转速。
这种方法计算量小，结构简单，容易实现。
3. Matlab与DSP混合编程的调试方法
在传统的开发过程中，总是先用MATLAB进行仿真。
当仿真结果满意时再把算法修改成C/C++语言，再在硬件的DSP目标板上实现。
发现偏差，需要再用Matlab对算法进行修正，再在DSP上编写修正的算法程序。
如此过程反复进行，在DSP的开发工具、Matlab工作空间之间来回多次切换，非常不便，当系统比较复杂时，还需要分步验证各个中间结果和最终结果。
如果能够把Matlab和DSP集成开发环境CCS及目标DSP连接起来，利用Matlab的分析能力来调试DSP代码，那么操作TI DSP的存储器
或者寄存器就可以像操作Matlab变量一样简单。
工具包Matlab Link for CCS Development Tools的使用，可以使上述问题迎刃而解，利用此工具箱，在Matlab环境下，就可以完成对CCS的操作，即整个目标DSP 对于Matlab像透明的一样，所有操作只利用Matlab命令和对象来实现，简单、方便、快捷。
以下用调试上述无速度传感器矢量控制系统的例子来说明Matlab-DSP集成开发环境在控制系统中的应用。
在Matlab 命令窗口中输入Simulink，打开Simulink模块窗，建立异步电动机矢量控制变频调速系统的模型，如图2所示，结构简单明了，全部实现模块化，容易扩展，可以根据实际需要，改变每一模块的参数。
接下来设置仿真参数和Real-Time Workshop选项，编译仿真模型。
并利用Matlab Link for CCS Development Tools建立与目标DSP的连接。
利用CCSLink工具，可以把数据从CCS中传送到Matlab 工作空间中，也可以把Matlab中的数据传送到CCS中，而且通过RTDX（实时数据交换技术），可以在Matlab和实时运行的DSP硬件之间建立连接，在它们之间实时传送数据而不使正在DSP上运行的程序停止，这项功能可以在程序运行期间为我们提供一个观察DSP实时运行状态的窗口，大大简化了调试工作。
Matlab、CCSlink、CCS和硬件目标DSP的关系如图3所示。
我们可以在Matlab中修改一个参数或变量，并把修改值传递给正在运行的DSP，从而可以实时地调整或改变处理算法，并通过观察探针
点数据来调试程序。
最后把CCSlink和Embedded Target for C2000 DSP Platform. 相结合，可以直接由调试好的Simulink模型生成DSP2812 的可执行代码，并加载到DSP目标板中，这样我们就可以在同一的Matlab环境中完成系统算法的设计、仿真、调试、测试，并最终在DSP2812目标板上运行。
4. 系统调试
实验台硬件结构如图4所示，变频器
系统用DSP作为运算控制单元，用IPM模块作为功率电路交换单元，用霍尔电流传感器检测电机三相电的两相电流。
DSP控制器在对检测到的电流信号进行相应的运算处理之后，将PI控制算法产生的三对SVPWM脉冲信号，作用于IPM来驱动异步电机，通过改变输出脉冲信号的频率来实现异步电动机的变频调速。
电机参数为：Rs=10Ω；Rr=5.6Ω；Ls =0.3119H；Lr=0.3119H；Lm = 0.297H；P = 4；J=0.001 kg.m2 通过DSP与CCS的连接，可在Matlab环境下对目标DSP的存储器数据进行访问，再利用Matlab 强大的分析和可视化工具对其数据进行访问，也可以实现对工程的编译、链接、加载、运行，设置断点和探点，最后将满意的调试结果生成的目标代码直接加载到实验台上。
转速输入设定为一阶跃函数，电机带额定负载运行，获得的动态响应曲线如下图所示。
5 实验结果
Figure5 Experimental results由图5可见，d-q轴电压电流及磁通角响应曲线平稳，在动态过程中，在Matlab环境下的电机转矩和实际DSP实验平台下的转矩曲线基本一致，系统响应快，且超调量小，只需0.6S即可达到稳定。
转速的阶跃响应如图5（d）所示，系统在电机起动时有一定的波动，但是在PI 自适应控制器的作用下，只需0.5S系统就可以达到稳定状态，证明速度观测器下的转速能够较好地跟踪实际速度变化，在稳态时实际速度等于仿真速度值。
5.结论
本文提出的Matlab下的DSP集成设计方法确实可行，实验证明：在此环境下可以完成对DSP目标板的操作，包括访问DSP存储器和寄存器等，又可利用Matlab的强大工具对DSP存储器中的数据进行分析和可视化处理，因此系统结构简单，调试工作量小，易于实现。
同时，具有一定自适应能力的PI速度估算方法能够对电机转速做出准确的估计，实验结果验证了此系统设计方案的正确性和可行性。
(微计算机信息迟宁杨建武)。