机器人资料-论文-002DSP在电机控制领域的应用展望.doc

()*在电机控制领域的应用展望谷爱昱王春茹$!综()*在电机控制领域的应用展望谷爱昱+王春茹,广东工业大学+广东广州-./0/1述#$%&$摘要 2介绍数字信号处理器,()*1在电机控制领域的应用发展及展望+着重说明电机控制用()*的应用 3关键词2()*4电机控制4应用中图分类号2567/.89文献标识码2:文章编号2./.; =,9/.1/9;/7-;/9?acdefghijkllmndfnonf oqfarofmst :u;vw+x:ys zw;w,sw_a_tubcduvaf5cgaha_v+sw_iaw-./0/+zu1kjefdc25udkkcueawgcdeccbchaklcefacgdeaf(u_uh)u_h*agcdda,()*1kkhueuamueulaeagaeah+eckkhueuaafec()*cd_cfalaeaudlu vudwdd8nbopaqe2()*4laeagaeah4kkhueuas引言()*是(u_ueh)u_h*agcdda,数字信号处理器1的缩写+属于 6*t,微处理器1的一种3自 9/世纪 =/年 代 初 美 国 德 州 仪 器 公 司 ,5tdude; wvlcew5u1向市场推出第一代()*芯片以来+./多年 来 ()*的 处 理 速 度 随 着 时 间 的 前 进 不 断 提 高+.00r年 ./6u*)+预 测 9/9年 运 算 速 度 可 达9s6u*)+而 ()*的成本不断降低+每 ./6u*)的售 价己从 9/美元降到了 .美元3价格下降+意味着应用的扩大+()*已从军事x航空航天等尖端领域进入民用 产 品 各 领 域+成 为 当 今 世 界 半 导 体 产 业 的 新 特点y.z3自()*出现以来+电机控制就是()*主要应用领域之一3特别是随着控制理论的发展和高性能控制 的 需 求+一 般 的 单 片 或 多 片 微 处 理 器 不 能 满 足 复杂而先进的控制算法时+更使得 ()*成为这种应用场合的首选器件3 hij电机应用8s早期hij的应用9/世 纪 =/年 代()*逐 步 进 入 实 用 期+第 一 代典 型 产 品 代 表 为 5u公 司 的 56)79/./3这 些 ()*的主要应用为实现感应电动机的磁通量和转矩的直接控制+达到转矩的高速x高性能控制3首先根据电机 电 压 和 电 流 状 况 求 磁 通 向 量+再 根 据 磁 通 向 量 和电 流 的 向 量 积+求 出 瞬 时 转 矩 3 这 样 一 个 循 环收稿日期29/.; /7; /r56)79/./运算约 7r/条指令 +大约执行 =/ldy9z3早期的()*比较注重积和运算的高速处理+当采用单()*控制感应电动机或永磁电动机时+在某些场合就不能满足要求3这是因为控制电机微处理器除要具有坐标变换x向量演算等功能外+还需要中断 控 制x传 感 器 接 口 电 路x*x6 输 出x:|(变 换 等功能3因此有的采用双()*方式+有的采用低价通用 z*t 与 ()*结合的方式 ,高速运算由 ()*完成+通用z*t各种功能的处理1实现全数字控制38电机专用hij的应用为 了 构 成 感 应 电 动 机 或 永 磁 电 动 机 控 制 器 +除了微处理器 +还需要专用门陈列组合 +以及相应的存储 器 和 外 围 芯 片+这 就 使 得 芯 片 数 量 增 加+软 件 复杂+价格提高3针对这一问题+美国 :(和 5u公司相继 研 制 成 功 以()*为 内 核 的 集 成 电 机 控 制 芯 片ww 5u公 司 的56)79/z9 系 列+:( 公 司 的:(6z系列3这些控制器不但具有高速信号处理和数 字 控 制 功 能 所 必 需 的 体 系 结 构 特 点 +而 且 有 为 电机 控 制 应 用 提 供 单 片 解 决 方 案 所 必 需 的 外 围 设 备3如 56)79/9/()*不但有 79位累加器+=!fhd#6+-.9个 字 节 的:6+7个 定 时 器 +./为核心的数字交流伺服系统框图3系统用软件完成控制调节+输出*x6信号驱动u*6 智能模块+控制电动机电压x电流3电流反馈信号万方数据微电机&!年第 %)卷第 &期 j总第 !p期 l器的内部,*-系统转换后.利用;?算法重组反电势信号 .进行位置和速度模拟 .实现无传感器控制.然 后 产 生 ,3,a3b3ba3-3-a六 路+6#信号输出/控制算法所需的 *-连接电压和速度指令 由 附 加 的,*-输 入 c!3c&读 取.母 线 电 流 由d$e$1检测 /图 ! #$%&(&)在交流伺服系统中的应用经隔离放大送给 *$+内 ,*-.构成电流环/用 *$+的012电路检测电机转速.完成速度闭环/可见.采用电机专用 *$+为核心的全数字电机控制系统.系统硬件得到极大的简化.提高了系统的可靠性.减小了体积.降低了成本/在世界几大*$+生产厂家中.,*公司致力于数字马达控制/该公司相信.*$+将大量应用于洗衣机3洗碗机等家电产品.这些机器都要使用电机.未来的法律将促使进一步改进电机的效率.为*$+提供商机/他们研制的电机控制用*$+采用了一些新技术.性能更突出4*$+内核体系结构为并行结构.加快程序 执 行5+6# 发 生 单元的灵活性和可编程性.满足不同方式的数字+6#方案5内部程序存储器固化电机系统矢量控制所必须的子程序.减少程序计算时间7%8/顺 应 工 业 驱 动 设 备 对 无 刷 直 流 电 机 应 用 的 需求.,*公司又向市场推出了一个 新 型 高 性 能 器 件.&9引 脚3低 成 本 嵌 入 式 ,*#-%&9*$+电 机 控 制器/该芯片为压缩机 3洗衣机3风扇3泵 机和高压交流驱动中的无传感器控制直流无刷电机提供了一个理想性价比方案 :利用 ;?模拟器在非线性测 量 的 基 础 上 进 行 位 置 和 速 度 模 拟.此 方 案 的 功 能框图如图 &所示7)8/图 &无传感器无刷直流电动机驱动系统功能模块算法在 该 方 案 中 .电 动 机 的 端 电 压 由 图 &中 所 对 应的 电 阻 分 压 网 络 测 量/这 %个 模 拟 信 号 将 施 加 在,*#-%&9的 %个 多 路 模 拟 输 入 端 上.由*$+控 制万方数据如 果 采 用 9位 和 !f位 微 处 量 器 实 时 执 行 上 述扩 展 的;? 滤 波 器 算 法 是 不 可 能 的.在,*#-%&9上仅需少于 !%gh时间/从这些应用实例可见.在电机控制系统中采用电机专用 *$+.强大的处 理 能 力 不 但 可 以 使 面 向 电 机 控 制 的 控 制 算 法.如矢量控制3直接转矩控制数字化实现.而且也有条件完 成 现 代 控 制 理 论 或 智 能 控 制 理 论 的 一 些 复 杂 算法.如自适应控制3神经网络等/同时增加面向电机控制的外设 .使硬件结构和控制得到简化 /i展望具 有 更 高 速 3方 便 的 周 边 功 能 模 块 的 电 机 专 用*$+是电机控制微处理器的方向.在 -编程语 言 成为主流的同时.期待电力电子学专用语言的出现/目 前 运 算 方 式 主 要 考 虑 价 格 .多 为 固 定 小 数 点运算方式.今后将出现低价格的浮点运算处理器/在许多*$+电机系统中 .同时又需要一个独立的微处理器j-+kl/这是因为标准的 -+k 设计在运算任务上不如 *$+.而大多数*$+在中断处理3位处 理 或 逻 辑 操 作 方 面 不 如 标 准 -+k/ 不 过.现 在-+k 和*$+供应商正在设计混合式 -+km*$+/电机控制是*$+应用的主要领域/据报道.目前 全 球 每 销 售 一 枚 手 机 用*$+芯 片.就 有 !枚 应用在电机控制领域/而在中国.手机3*c*等数字消费产品是应用 *$+的主要方向.应用于电机控制的研究刚刚起步.集中在一些院校和研究所 .还没有实用化的产品 /但是随着国家的发展.能源和环保的要求越来越高 .*$+必然会得到广泛的应用/参考文献47!8胡 绍 海n数 字 信 号 处 理 器 新 脉 络7o8n电 子 产 品 世 界.!ppp.jpl.qr q!n7&8韩保广n马达控制领域的 *$+应用7o8n电子产品世 界.!ppq.jql.&pr%n7%8杨 贵 杰n集 成*$+