一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置，由整流逆变输出电路、控制电路和控制对象三个部分。整流逆变输出电路包括整流滤波单元和ＩＰＭ逆变单元。控制电路包括ＤＳＰ处理器、ＩＰＭ隔离驱动和保护电路、电流采样电路、电压采样电路。控制对象为一台三相永磁同步电动机。该装置的控制通过嵌入控制电路ＤＳＰ处理器中的控制程序实现。本发明专利技术装置省去了速度传感器，节约了成本；采用滑模控制算法提高控制系统的抗干扰能力，克服由于各种外界扰动而引起控制系统不稳定；本装置控制精度高，能够适用于调速性能要求较高的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置
本专利技术属于电气传动
，特别涉及一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置。
技术介绍
当前，国际交流调速技术的发展相当迅速，各种应用先进控制策略的变频器层出不穷。相比之下，我国的交流调速技术起步较晚，虽然近年来发展较快，但与西方发达国家的发展水平仍有不小的差距。随着现代工业的发展，对交流调速技术的要求越来越高，因此研制开发高性能的交流调速装置是一项紧迫的任务，对我国国民经济的发展具有重要的意义。直接转矩控制以其控制算法实现简单、良好的动态性能以及对电机参数信赖性小等优点成为了一种最具潜力的新技术。1995年瑞典ABB公司第一台采用直接转矩控制方案的异步电机高档变频器才面世，他们认为直接转矩控制将是下一代交流电机的最优秀的控制方式。在实际应用中，安装速度传感器既增加装置成本，又降低装置可靠性，因此直接转矩控制无速度传感器技术成为了一个热门方向，但是直接转矩控制低速时磁链和转矩脉动大，这是阻碍其发展的主要缺点。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于空间矢量调制技术的滑模变结构直接转矩伺服驱动装置。本专利技术装置的结构如图1所示，包括整流逆变输出电路、控制电路和控制对象三个部分。整流逆变输出电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元。控制电路包括DSP处理器、IPM隔离驱动和保护电路、电流采样电路、电压采样电路。控制对象为一台三相永磁同步电动机。IPM逆变单元主电源输入P、N端与整流电路输出相连，电压采样电路采集P、N间电压差，IPM输出端子U、V、W与永磁同步电机相连，V、W通过两个霍尔电流传感器再与两路电流采样电路相连。IPM的16路控制端子与IPM隔离驱动保护电路相连，IPM隔离驱动的输入和保护电路的输出以及电流、电压采样电路输出与DSP处理器相连。整流逆变输出电路如图2所示，隔离变压器与调压器连接后经两触点K连接到整流桥，整流桥中二极管的阳极连接到IPM主电源的N端，二极管的阴极连接到IPM主电源的P端，IPM输出的三相电流通过输出端子U，V，W接至三相电动机。P、N为变频器的整流变换平滑滤波后的IPM主电源输入端子，P为正端，N为负端，B为制动输出端子。其中隔离变压器起到保护的作用；整流滤波单元采用桥式不可控制整流方式，大电容滤波，这样可以获得适合于IPM工作的恒定电压。逆变单元IPM主电源输入(P，N)，制动输出(B)，输出端子(U，V，W)，主端子用M5螺钉，可实现电流传输。控制电路的核心为TMS320LF2407处理器，采用LF2407评估版(LF2407EVM板)，其外围电路配置框图如图3，EVM板主要的接口包括目标只读存储器、模拟接口、CAN接口、串行引导ROM、用户指示灯和开关、RS232接口、SPI数据接口和扩展接口。本装置必要部分还包括电源、晶振、-->JTAG接口、128K字长无延迟静态存储器、模拟外扩接口、PWM外扩接口。本驱动装置中用到的LF2407评估板几个部分的电路连接关系是：TMS320LF2407的地址总线分别接静态存储器U3、U4的地址总线以及地址外扩口P3。TMS320LF2407的数据总线分别接U3、U4的数据总线以及地址外扩口P3。TMS320LF2407的读写使能管脚分别接U3、U4的17、41管脚。TMS320LF2407的程序空间选通管脚接U3的6管脚，TMS320LF2407的数据空间选通管脚接U4的6管脚。TMS320LF2407的JTAG管脚接P5，P5与仿真器的一端相连，另一端通过打印口与PC机相连。TMS320LF2407的模数转换管脚分别接模拟外扩口P2的23、24、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20管脚。TMS320LF2407事件管理器的PWM接口外扩到P1的3、4、5、6、7、8、12、13、14、9、10、11、21、22、24管脚、P4的20、25、26、27、29管脚。TMS320LF2407的123管脚外接15M晶振U22的1管脚。TMS320LF2407的模拟参考电源管脚116、117分别接U19的4和11管脚。TMS320LF2407的数字参考电源管脚29、50、86、129、4、42、67、77、95、141接3.3V电压源模块U12的17、18和19管脚。TMS320LF2407的28、49、85、128、3、41、66、76、94、125、140管脚接数字地即U12的9和10管脚。如图5(a)所示IPM隔离驱动电路，其输入端PORT6的1、3、4、5、6、7接到评估版P1的3、4、5、6、7、8管脚，图5(b)所示IPM保护电路中IPM的故障输出信号通过光耦接到TMS320LF2407的7管脚外扩为P1的26管脚。图6为电流采样电路原理图，其输入为两相霍尔电流传感器的输出信号，霍尔电流传感器由正负15的直流稳压电流供电，其输入是将电机的U、V、W的任意两相导线从霍尔电流传感器的中心穿过环绕两圈，相应的输出就会感应出1000:2的电流信号，定义为A相和B相，作为电流采样电路的输入，A、B相电流采样电路相同。电流采样电路通过对可调电阻503、可调电阻202的调节，将信号调整到0～3.3V之间，再将其送入DSP的AD转换管脚，在此选择EVM上P2的23和24管脚，其中放大器在电压和地间接去耦电容。电压采样电路，霍尔电压传感器主边接IPM的P、N端，电压传感器输出信号M经如图7所示电路处理输出信号接DSP的AD转换管脚，在此选择EVM上P2的5管脚。本专利技术装置的控制通过嵌入控制电路DSP处理器中的控制程序实现，其控制过程按以下步骤执行(如图8所示)：步骤一、初始化；步骤二、电机转子初始定位；步骤三、允许INT1，INT2中断；步骤四、启动T1下溢中断；步骤五、中断等待；步骤六、T1中断处理；步骤七、保护中断处理；步骤八、结束。-->其中步骤七中保护中断处理过程按以下步骤执行(如图9所示)：    步骤1  禁止所有中断；    步骤2  封锁PIM；    步骤3  中断返回。步骤六中T1中断处理过程按以下步骤执行(如图10所示)：    步骤1  保护现场；    步骤2  电流电压采样；    步骤3  电流电压数据处理；    步骤4  磁链估计；    步骤5  转矩估计；    步骤6  是否速度调节，是进入步骤7，否则进入步骤9；    步骤7  速度估计；    步骤8  速度PI调节；    步骤9  磁链和转矩滑模变结构控制器调节；    步骤10 空间矢量调制；    步骤11 恢复现场；    步骤12 中断返回。在步骤六中T1下溢中断过程主要完成无速度传感器滑模变结构直接转矩控制计算。进入中断以后首先保护现场，然后启动AD转换，把由外围电路送回来的电流、电压值采集到DSP当中。采集回来的数据首先是存储在各自的结果寄存器(RESUTLx)当中，从结果寄存器读出电流、电压值，对电流进行坐标变换得到静止坐标系下两相电流值。第一次进入中断时，由于电机转子进行了初始定位，所以可以得到第一次静止坐标系下两相电压的值。得到了电流电压的值就可以进行磁链的估计，进而进行转矩估计。速度环对响应速度的要求远远没有磁链和转矩环对响应速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置，包括整流逆变输出电路、控制电路和控制对象三个部分；整流逆变输出电路包括整流滤波单元和ＩＰＭ逆变单元；控制电路包括ＤＳＰ处理器、ＩＰＭ隔离驱动和保护电路、电流采样电路、电压采样电路；控制对象为一台三相永磁同步电动机；ＩＰＭ逆变单元主电源输入Ｐ、Ｎ端与整流电路输出相连，电压采样电路采集Ｐ、Ｎ间电压差，ＩＰＭ输出端子Ｕ、Ｖ、Ｗ与永磁同步电机相连，Ｖ、Ｗ通过两个霍尔电流传感器再与两路电流采样电路相连，ＩＰＭ的１６路控制端子与ＩＰＭ隔离驱动保护电路相连，ＩＰＭ隔离驱动的输入和保护电路的输出以及电流、电压采样电路输出与ＤＳＰ处理器相连。

【技术特征摘要】
1.一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置，包括整流逆变输出电路、控制电路和控制对象三个部分；整流逆变输出电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；控制电路包括DSP处理器、IPM隔离驱动和保护电路、电流采样电路、电压采样电路；控制对象为一台三相永磁同步电动机；IPM逆变单元主电源输入P、N端与整流电路输出相连，电压采样电路采集P、N间电压差，IPM输出端子U、V、W与永磁同步电机相连，V、W通过两个霍尔电流传感器再与两路电流采样电路相连，IPM的16路控制端子与IPM隔离驱动保护电路相连，IPM隔离驱动的输入和保护电路的输出以及电流、电压采样电路输出与DSP处理器相连。2.根据权利要求1所述的一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置，其特征在于所述的整流逆变输出电路中隔离变压器与调压器连接后经两触点K连接到整流桥，整流桥中二极管的阳极连接到IPM主电源的N端，二极管的阴极连接到IPM主电源的P端，IPM输出的三相电流通过输出端子U，V，W接至三相电动机。3.根据权利要求1所述的一种滑模变结构直接转矩伺服驱动装置，其特征在于所述的控制电路中DSP处理器采用TMS320LF2407评估版，TMS320LF2407评估版的地址总线分别接静态存储器U3、U4的地址总线以及地址外扩口P3，TMS320LF2407评估版的数据总线分别接U3、U4的数据总线以及地址外扩口P3，TMS320LF2407评估版的读写使能管脚分别接U3、U4的17、41管脚，TMS320LF2407评估版的程序空间选通管脚接U3的6管脚，TMS320LF2407评估版的数据空间选通管脚接U4的6管脚，TMS320LF2407评估版的JTAG管脚接P5，P5与仿真器的一端相连，另一端通过打印口与PC机相连，TMS320LF2407评估版的模数转换管脚分别接模拟外扩口P2的23、24、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20管脚，TMS320LF2407评估版事件管理器的PWM接口外扩到P1的3、4、5、6、7、8、12、13、14、9、10、11、21、22、24管脚、P4的20、25、26、27、29管脚，TMS320LF2407评估版的123管脚外接15M晶振U22的1管脚，TMS320LF2407评估版的模拟参考电源管脚116、117分别接U19的4和11管脚，TMS320LF2407评估版的数字参考电源管脚29、50、86、129、4、42、67、77、95、141接3.3V电压源模块U12的17、18和19管脚，TMS320LF2407评估版的28、49、85、128、3、41、66、76、94、125、140管脚接数字地即U12的9和10管脚，TMS320LF2407评估版外括接口P1的3、4、5、6、7、8管脚直接接到IPM隔离驱动和保护电路的输入端PORT6的1、3、4、5、6、7，IPM的故障输出信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊友，何国锋，崔皆凡，王成元，夏加宽，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]