摘 要：本文對(duì)一種新型控制電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，并在文章中給出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。在選用TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器為核心對(duì)電路進(jìn)行控制，使用智能功率模塊構(gòu)成的主電路，對(duì)測(cè)試負(fù)載變換時(shí)的驅(qū)動(dòng)器電流與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，結(jié)果表明電路控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)際，且結(jié)構(gòu)合理，可以讓新型的控制電機(jī)獲得良好的抗干擾性。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；驅(qū)動(dòng)器；設(shè)計(jì)

新型控制電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)是值得人們進(jìn)行深入研究的，因?yàn)檫@關(guān)系著新型控制電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)效果，同時(shí)對(duì)于控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要的影響。只有加強(qiáng)有關(guān)設(shè)計(jì)方面的研究，才能幫助人們更為深入的了解其中的內(nèi)容與原理，進(jìn)而加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免一些故障的發(fā)生。因此，這就要求工作人員能夠提高對(duì)于新型控制電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的認(rèn)識(shí)以及重視程度，并且能夠結(jié)合實(shí)際情況加以優(yōu)化設(shè)計(jì)與調(diào)試，以取得理想的控制效果。

1 永磁同步電機(jī)的原理和數(shù)學(xué)模型

永磁同步電機(jī)（PMSM）的轉(zhuǎn)子部分采用性能良好的永磁體材料，當(dāng)對(duì)稱的三相正弦波交流電注入嵌入定子中的三相繞組時(shí)，就會(huì)在氣隙中生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)互相作用便帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。圖1為簡(jiǎn)化后的PMSM物理模型，定子三相對(duì)稱繞組A相、B相、C相。永磁同步電機(jī)其電壓矢量和磁鏈表示如下：

2 伺服控制器的電路結(jié)構(gòu)

隨著時(shí)間的不斷推移，我國(guó)的電子技術(shù)也在突飛猛進(jìn)，尤其微電子技術(shù)的發(fā)展，更為迅速，而這些技術(shù)的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用，極大的推動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也使得一些行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)，在這一時(shí)代背景下，只有不斷的推陳出新，融合高新技術(shù)，才能獲得新的發(fā)展，同時(shí)也有助于更好的滿足人們的需求。而基于電機(jī)這種設(shè)備而言，往往在工業(yè)建設(shè)的過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用，而高性能的電機(jī)控制器往往其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，尤其對(duì)于實(shí)際工況的動(dòng)態(tài)調(diào)整以及數(shù)據(jù)運(yùn)算要求較高，這就要求有關(guān)方面能夠加強(qiáng)其伺服控制器的設(shè)計(jì)。而隨著數(shù)字式控制微芯片的誕生，人們看到了希望，通過(guò)應(yīng)用這種芯片，能夠使得其運(yùn)算處理速度得到一定的提高，同時(shí)還能加強(qiáng)有效的控制，對(duì)于電路的故障檢測(cè)、診斷等都具有重要的作用。所以，針對(duì)新型控制電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)就成為了人們關(guān)心的方面。

近幾年，就有一些公司專門(mén)推出了與用于DSP程序設(shè)計(jì)的CCS軟件，人們能夠利用此軟件對(duì)于電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)以及參數(shù)進(jìn)行修改以及調(diào)控，進(jìn)而取得良好的控制效果。而這種數(shù)字化電機(jī)控制器中的主控芯片型號(hào)是TMS320F2812，就其控制器的主要結(jié)構(gòu)組成而言，可以分為IPM驅(qū)動(dòng)單元、DPS核心電路控制單元以及故障檢測(cè)單元等。而在驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)，PMSM伺服驅(qū)動(dòng)器則起著極為關(guān)鍵的作用，具體而言，該伺服驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在其芯片執(zhí)行電機(jī)控制的階段中，會(huì)涉及到比較復(fù)雜的算法并且還要與上位機(jī)進(jìn)行信息通信，所以，必須要加強(qiáng)故障檢測(cè)與處理機(jī)制硬件電路的設(shè)計(jì)，這樣才能盡可能的保證伺服驅(qū)動(dòng)器的可靠性與實(shí)用性。具體在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該注意滿足以下要求。首先，要求設(shè)計(jì)人員能夠保障其伺服驅(qū)動(dòng)器具有良好的性能，其次，還要滿足大多用戶的要求，在安裝的時(shí)候也要簡(jiǎn)單，避免給后期維護(hù)工作帶來(lái)麻煩。最后，設(shè)計(jì)者還要考慮其經(jīng)濟(jì)性因素，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，保證其性能良好的前提下，盡量減低制作的成本以及生成周期。

不過(guò)，需要注意的是，在進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要解決電磁兼容性這個(gè)難題，一旦忽略這個(gè)問(wèn)題，很有可能影響接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)，而且往往會(huì)浪費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，技術(shù)也更為復(fù)雜，甚至引發(fā)更大的問(wèn)題。所以針對(duì)這個(gè)難題就需要加以注意。具體而言，這個(gè)難題主要體現(xiàn)為以下兩點(diǎn)，即放射性和抗干擾性。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就可以適當(dāng)?shù)脑黾痈綦x，在電網(wǎng)與整流器之間裝置兩級(jí)變壓器，并且在初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之上覆銅來(lái)增加屏蔽，起到良好的屏蔽作用，避免受到電磁等方面的影響。而對(duì)于I/O通道中的干擾問(wèn)題，有關(guān)設(shè)計(jì)人員可以采用雙絞線與光電隔離的辦法，以避免其產(chǎn)生更大的影響。

3 伺服驅(qū)動(dòng)器控制原理

本文所涉及的驅(qū)動(dòng)器能夠在多種控制方式下進(jìn)行參數(shù)的修改。驅(qū)動(dòng)器控制的整個(gè)過(guò)程都通過(guò)軟件來(lái)完成，分別對(duì)電流、速度和位置采用閉環(huán)控制策略，提高了系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)能力。該驅(qū)動(dòng)器可以用在不同參數(shù)要求的永磁同步電機(jī)中，也可以滿足具有高響應(yīng)度和高精密度要求的控制系統(tǒng)中，例如：數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、造紙機(jī)械、紡織機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。其具備多種控制方式：（1）位置控制：根據(jù)DSP的指令使電機(jī)能夠準(zhǔn)確的定位。（2）外部輸入模擬量速度控制：按照外部的模擬指令對(duì)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。包括電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向。（3）外部輸入模擬量轉(zhuǎn)矩控制：按照外部模擬指令對(duì)驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。（4）內(nèi)部速度控制：按照輸入信號(hào)“內(nèi)部速度選擇1、2”的狀態(tài)，在四種速度模式下進(jìn)行切換。（5）手動(dòng)控制：直接根據(jù)鍵盤(pán)輸入來(lái)手動(dòng)地改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)器的控制全部由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

設(shè)計(jì)的伺服驅(qū)動(dòng)器的控制對(duì)象是一個(gè)永磁同步伺服電機(jī)，參數(shù)為：額定電壓220V，額定電流2.8A，電樞電感6.5mh，定子電阻2.5Ω，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，極對(duì)數(shù)4，額定功率350W，轉(zhuǎn)矩系數(shù)0.6N·m/A，額定轉(zhuǎn)矩1.28N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.3×10-4kg·m，編碼器線數(shù)2500線。以150rad/s運(yùn)行，在0.5s時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩加倍。在0.5出對(duì)系統(tǒng)增加負(fù)載后，相對(duì)于增加了個(gè)干擾，轉(zhuǎn)速有稍許的波動(dòng)，但隨后極短的時(shí)間便又達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用全數(shù)字化新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器后系統(tǒng)的具有較好的魯棒性和抗干擾性能。

5 結(jié)論

隨著時(shí)代的不斷向前發(fā)展，人們的生活方式以及工作方式發(fā)生了很大的變化，相應(yīng)思想認(rèn)識(shí)也有了較大的改變，近幾年，人們就越來(lái)越重視設(shè)計(jì)方面的工作，因?yàn)樽龊迷O(shè)計(jì)有關(guān)的工作，能夠起到一定的指導(dǎo)作用，更好的達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。而事實(shí)上，要想保證永磁同步電機(jī)得以穩(wěn)定運(yùn)行，也需要做好其伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)工作，通過(guò)搭建了以TMS320F2812為主控芯片的DSP電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器，能夠更好的實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使得電機(jī)的抗干擾性能得以提高，這具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李滿，江劍.基于DSP的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2016（5）：187-191.

[2]楊陽(yáng).外骨骼電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2017.

[3]柴臨園.伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)及控制算法研究[D].北京理工大學(xué)，2016.

[4]凌黎明，李初春.PLC控制伺服電機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)分析[J].科技展望，

2016，26（27）.

作者簡(jiǎn)介：王明睿，身份證號(hào)：230302198612084013。