1、DS-MCK(dsp2812) 實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)FOC控制方案實(shí)驗(yàn)概述：本實(shí)驗(yàn)分5步測(cè)試逐步完成從開(kāi)環(huán)控制到轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，每步編譯用到的模塊不同。下面給出本程序中所有模塊及對(duì)應(yīng)步驟所編譯到的模塊。表2-1軟件模塊步驟1步驟2步驟3步驟4步驟5EN_DRIVEPWMDACRAMP_GENRAMP_CNTLI_PARKSVGEN_DQPWM_DRVILEG2_DCBUS_DRVPHASE_VOLTAGE_CALCCLARKEPARKCAP_EVENT_DRVSPEED_PRPID_REG3(ID)PID_REG3(IQ)CUR_MODPID_REG3(SPEED)圖標(biāo)表示本步驟用到此模塊

2、，圖標(biāo)表示本步驟要測(cè)試的模塊下面再給出每個(gè)模塊的輸入與輸出量名稱(chēng)及其量值格式表2-2軟件模塊輸入量輸出量名稱(chēng)格式名稱(chēng)格式EN_DRIVEEnableFlagQ0GPIOA6GPIOA11GPIO寄存器PWMDACDRVPWMDACINPOINTER0PWMDACINPOINTER1PWMDACINPOINTER2Pointers to Q15variablesCMPR4CMPR5CMPR6T3PEREVB 寄存器RAMP_GENFreqOffsetGainIQOutIQRAMP_CNTLTargetValueIQSetpointValueIQI_PARKDsQsAngelIQAlphaBeta

3、IQSVGEN_DQUalphaUbetaIQTaTbTcIQPWM_DRVMfuncC1MfuncC2MfuncC3MfuncPeriodQ15CMPR1CMPR2CMPR3T1PEREV registersILEG2_DCBUS_DRVADCINx/y/zADC H/W pinsImeasAImeasBImeasCVdcMeasQ15PHASE_VOLTAGE_CALCMfuncC1MfuncC2MfuncC3DcBusVoltIQVphaseAVphaseBVphaseCValphaVbetaIQCLARKEAsBsIQAlphaBetaIQPARKAlphaBetaAngleIQDsQ

4、sIQCAP_EVENT_DRVCAPnEV H/W pinFIFOnEv寄存器SPEED_FRTimeStampEventPeriodInputSelectIQOutIQPID_REG3RefFdbIQOutIQCUR_MODIdsIqsWrIQThetaIQ（一）、FOC控制原理簡(jiǎn)介FOC即磁場(chǎng)定向控制，它的基本思路是利用d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將定子電流分解成勵(lì)磁電流 Ds 和轉(zhuǎn)矩電流 Qs。在調(diào)速的過(guò)程中保持轉(zhuǎn)子磁鏈2 不變,即讓 Ds常數(shù)，此時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理與直流電動(dòng)機(jī)相同，控制定子電流的轉(zhuǎn)矩分量Qs就象控制直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，可以線性的調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。（二）、系統(tǒng)組

5、成方案及功能模塊劃分系統(tǒng)包含15個(gè)軟件模塊，下圖給出了步驟5中系統(tǒng)的功能模塊劃分和模塊間的相互關(guān)系。圖2-1（三）、系統(tǒng)測(cè)試步驟和方法步驟1、步驟1矢量計(jì)算和PWM生成測(cè)試實(shí)驗(yàn)圖2-1-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖2-1-2給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程。本步驟完成最小系統(tǒng)檢查的任務(wù)，其中只用到表2-1步驟1中標(biāo)記的功能模塊。以下給出步驟1中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableFlag：0、1；啟?？刂莆籗peedRef：（00.99）；速度給定值VdTesting：（00.9）；D軸電流給定VqTesting：（00.9）；Q軸電流給定圖2-1-1 實(shí)驗(yàn)功能框圖圖 2-1-2 實(shí)驗(yàn)軟件流程在實(shí)時(shí)模式

6、下打開(kāi)watch window窗口的Build1標(biāo)簽改變SpeedRef輸入?yún)⒘康闹?，從而改變斜坡信?hào)和正弦波的頻率。在實(shí)時(shí)模式下修改watch window窗口中的VdTesting、VqTesting值，可以改變輸出正弦波的幅值。對(duì)應(yīng)VdTesting等效直流電機(jī)中的勵(lì)磁給定，VqTesting直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩給定（即電樞電壓給定）。利用圖形顯示功能觀測(cè)輸出量Ta、Tb、Tc和Ta-Tb的波形隨輸入?yún)?shù)改變的變化情況。首先按操作規(guī)范完成“仿真器和實(shí)驗(yàn)箱”或者“仿真器和TechV CPU板”的連接，并接通它們的電源，在不連接功率單元的情況下先測(cè)試PWM輸出是否正確。操作方法是：?jiǎn)?dòng)CCS軟件

7、，用“Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 文件夾下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件；將頭文件“build.h”中的編譯指令BUILDLEVEL設(shè)為“LEVEL1” ；然后重新編譯連接程序；加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行(RUN)編譯完成的“aci3_3.out”程序；Watch window選中Build1標(biāo)簽，將圖形顯示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變SpeedRef、VdTesting、VqTesti

8、ng值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化如下。圖2-1-5 Ta和Tb波形 圖2-1-6 Tc和Ta-Tb波形步驟2、電流、直流母線電壓、速度測(cè)試此步驟在步驟1的基礎(chǔ)上增加對(duì)電壓、電流采樣模塊、clarke/park變換模塊、速度測(cè)量計(jì)算模塊的測(cè)試。圖2-2-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖2-2-2給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程。以下給出步驟2中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableFlag：0、1；啟停控制位SpeedRef：（00.99）；速度給定值VdTesting：（00.6）；D軸電流給定VqTesting：（00.6）；Q軸電流給定圖2-2-1“步驟二”功能框圖圖2-2-2 “步驟二”軟件流程在實(shí)時(shí)模

9、式下打開(kāi)watch window窗口的Build2標(biāo)簽改變SpeedRef輸入?yún)⒘康闹担瑥亩淖冃逼滦盘?hào)和正弦波的頻率。在主電路電源打開(kāi)的情況下、電機(jī)空載轉(zhuǎn)速在SpeedRef=0.99時(shí)可達(dá)到1450轉(zhuǎn)/分。在實(shí)時(shí)模式下修改watch window窗口中的VdTesting、VqTesting值，可以改變輸出正弦波的幅值。對(duì)應(yīng)VdTesting等效直流電機(jī)中的勵(lì)磁給定，此步中為定值0.25。沒(méi)有特殊情況可不改變此值。VqTesting直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩給定，空載時(shí)給0，當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載后可適當(dāng)增加。注意VqTesting、VdTesting越大電機(jī)電流越大。可觀察圖形顯示窗口中的Channal3&

10、4中Ia和Ib電流的幅值，當(dāng)其正弦波電流畸變?yōu)榉钦視r(shí)說(shuō)明VqTesting、VdTesting給定已經(jīng)超出允許范圍，應(yīng)立即停止電機(jī)！在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要長(zhǎng)時(shí)間給定很大值使電機(jī)工作。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng)CCS軟件，用“Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 文件夾下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件；將頭文件“build.h”中的編譯指令BUILDLEVEL設(shè)為“LEVEL2”；用“ProjectBuild”菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載

11、并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行（RUN）“aci3_3.out”程序；接通主電路電源；選中Watch window Build2標(biāo)簽將圖形顯示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變SpeedRef、VdTesting、VqTesting值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化。此時(shí)如果逆變電路正確，則電機(jī)緩慢啟動(dòng)，并逐漸達(dá)到給定轉(zhuǎn)速；在實(shí)時(shí)模式下修改SpeedRef的值(00.99)，相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。為下一步實(shí)驗(yàn)測(cè)量Id的PID限幅值：測(cè)量Id的PID限幅值：SpeedRef=0.5使VqTesting0，增加Vd

12、Testing直到圖形顯示中Ta的幅值為1，此時(shí)的VdTesting值即為下一步中IdPID的即幅值（0.6）。注意：同步驟一一樣VdTesting、VqTesting不要給太大值使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作。觀測(cè)Ta、RMPGEN output、Ia、Ib的波形。圖2-2-3 Ta和RMPGEN output圖2-2-4 Ia和Ib步驟3、兩個(gè)電流PI調(diào)解器測(cè)試在步驟2的基礎(chǔ)上增加對(duì)DQ軸電流調(diào)節(jié)模塊功能的測(cè)試和轉(zhuǎn)速測(cè)量。進(jìn)行本試驗(yàn)前要首先完成以上兩步實(shí)驗(yàn)，將電流反饋信號(hào)整定好。圖2-3-1給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖，圖2-3-2給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程。以下給出步驟3中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableF

13、lag：0、1；啟?？刂莆籗peedRef：（00.99）；速度給定值IdRef：（00.6）；D軸電流給定IqRef：（00.6）；Q軸電流給定圖2-3-2 “步驟3”軟件流程此步除調(diào)整以上參數(shù)以外可以在主程序aci3_3.c中找到初始化Id的PID_REG3和Iq的PID_REG3，改變其比例、積分、微分參數(shù)。使電機(jī)獲得更加好的的啟動(dòng)過(guò)程。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng)CCS軟件，用“Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 文件夾下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs

14、2x.wks”文件；將頭文件“build.h”中的編譯指令BUILDLEVEL設(shè)為“LEVEL3”；用“ProjectBuild”菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行（RUN）“aci3_3.out”程序；接通主電路電源；選中Watch windowBuild3標(biāo)簽，將圖形顯示窗口Channal1&2、Channal3&4、watch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置EnableFlag值為1，啟動(dòng)程序。改變SpeedRef、IdRef、IqRef值，觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化。此時(shí)如果參數(shù)給定正確，則電機(jī)緩慢啟動(dòng)，并逐漸達(dá)到給定轉(zhuǎn)速；在實(shí)時(shí)模式下修改SpeedRef的值(00

15、.99)，相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。觀測(cè)Ta和RMPGEN output、Ia和轉(zhuǎn)速如圖所示：圖2-4-3 Ta和RMPGEN output 圖2-4-4 Ia和轉(zhuǎn)速注意：同步驟一一樣IdRef、IqRef不要給太大值使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作。 圖2-3-1 “步驟3”功能框圖 步驟4、電流模型測(cè)試在步驟3的基礎(chǔ)上增加對(duì)電流模型模塊功能的測(cè)試。電流模型模塊從“PARK變換”模塊和速度測(cè)量模塊獲取輸入值，將計(jì)算得到的輸出值送給“CUR_MOD模塊”。此實(shí)驗(yàn)前需要整定電流反饋信號(hào)。圖2-4-1給出了實(shí)驗(yàn)程序的軟件流程，圖2-4-2給出了實(shí)驗(yàn)程序功能框圖。以下給出步驟4中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍EnableF

16、lag：0、1；啟?？刂莆籗peedRef：（00.99）；速度給定值IdRef：（00.6）；D軸電流給定IqRef：（00.6）；Q軸電流給定qep1.CalibratedAngle：（0x00000xFFFF）；光電編碼器角度對(duì)位圖2-4-1 “步驟4”軟件流程此步驟與上一步操作上是一樣的，只是增加了對(duì)CUR_MOD模塊的觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)CUR_MOD模塊的輸出Theta的方向要與RMP GEN輸出output相同。若相反，將電機(jī)組中的光電編碼器連接到電動(dòng)機(jī)的另一端，從而改變光電編碼器采得的旋轉(zhuǎn)方向。首先，根據(jù)操作規(guī)范，對(duì)照附錄二中的硬件連接圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件，接通控制電源。啟動(dòng)CCS軟

17、件，用“Fileworkspace”菜單命令打開(kāi)“ACI3_3_281X cIQmathbuild” 文件夾下的workspace文件“aci3_3_281x_ccs2x.wks”文件；將頭文件“build.h”中的編譯指令BUILDLEVEL設(shè)為“LEVEL4”；用“ProjectBuild”菜單命令編譯連接程序；編譯完成后，加載并在實(shí)時(shí)模式下運(yùn)行（RUN）“aci3_3.out”程序；接通主電路電源；Watch window選中Build4標(biāo)簽，將圖形顯示窗口Channel1&2、Channel3&4、watch window改為連續(xù)刷新。設(shè)置EnableFlag值為1。啟動(dòng)程序。改變Sp

18、eedRef、IdRef、IqRef值，光電編器角度對(duì)位：使SpeedRef0.5，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)值。在watch window窗口Build4中空行處寫(xiě)入qep1.CalibratedAngle變量，并改變其值大小，觀察Channel3&4中電流模型輸出和RMPGENoutput，使兩個(gè)鋸齒波的下降沿對(duì)齊（電流模型輸出略滯后于RMPGEN output），記住此時(shí)的qep1.CalibratedAngle值，停止程序，去掉實(shí)時(shí)模式，RESET CPU,在程序aci3_3.c文件中找到初始化qep1.CalibratedAnglex；的語(yǔ)句，將值寫(xiě)入等號(hào)后，重新編譯、載入程序，運(yùn)行程序驗(yàn)證角度對(duì)位是否正確。觀測(cè)圖形顯示窗口波形變化如下圖2-4-3、圖2-4-4圖2-4-3 Ta和Ia 圖2-4-4 電流模型output和RMPGEN output圖2-4-2 “步驟4”功能框圖步驟5、有傳感器速度閉環(huán)IFOC系統(tǒng)此步驟用于測(cè)試速度調(diào)節(jié)器功能是否正確，完整電流、速度閉環(huán)控制能否可靠實(shí)現(xiàn)。此步驟需要全部系統(tǒng)模塊參與，它的正確實(shí)施要依靠前面5個(gè)步驟地正確進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前要首先進(jìn)行電流反饋信號(hào)