3.2.3 控制策略實驗研究

1.驅(qū)動系統(tǒng)硬件

本書所采用的硬件系統(tǒng)平臺如圖3-19所示，是以TMS320F2812為核心構(gòu)建的控制平臺。六相對稱繞組永磁同步電動機(jī)額定參數(shù)見附錄中的表A-1。其中，霍爾電流傳感器檢測定子電流、直流母線電流，輸入輸出電流比為1000∶1，恒流方式輸出，型號為CSM030AP/30mA；網(wǎng)側(cè)三相交流電壓經(jīng)過三相整流橋（6RI100G_160）整流成不控直流母線電壓U_DC，再經(jīng)過四個額定電壓為450V的680μF電容，以濾波；IGBT型號為1MBH60D-100，共計12個IGBT構(gòu)成六個橋臂。采用一臺額定功率為1.5kW的他勵式直流電動機(jī)作為六相對稱繞組永磁同步電動機(jī)的負(fù)載，同軸安裝2500線增量式編碼器（TRD-272500AF）用于測量六相對稱繞組永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角。該硬件平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-20所示。

采用HCPL3120光耦驅(qū)動方式構(gòu)建IGBT驅(qū)動電路，具體電路如圖3-21所示。當(dāng)PWM輸入端為低電平時，光耦輸出級上管導(dǎo)通，驅(qū)動電壓+20V通過+5V穩(wěn)壓管加到IGBT的柵極與源極之間，以+15V電平驅(qū)動IGBT導(dǎo)通；當(dāng)PWM輸入端為高電平時，光耦輸出級下管導(dǎo)通，+5V電平反向加到IGBT的柵極與源極之間，IGBT關(guān)斷。

采用LM324運(yùn)算放大器構(gòu)建模擬量采樣調(diào)理電路，如圖3-22所示。通過參考電平1.5V把交流輸入量抬升至0V以上并送到DSP模-數(shù)轉(zhuǎn)換輸入腳。

2.控制策略軟件編寫

為了用實驗驗證所提控制策略的可行性，在CCS3.3中利用C語言編寫DSP相關(guān)程序，其主程序流程如圖3-23所示。

該軟件系統(tǒng)用到的中斷有AD中斷、T1比較中斷、CAP3捕獲中斷、功率保護(hù)中斷，其中斷子程序流程圖如圖3-24所示。

3.控制系統(tǒng)實驗研究

無死區(qū)補(bǔ)償及零序電流i_sz4閉環(huán)控制時實驗結(jié)果如圖3-25所示。實驗中轉(zhuǎn)速控制在300r/min，給定定子磁鏈幅值為0.33Wb，從實驗結(jié)果可見，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換平面定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩均能較好地跟蹤各自的給定值；但零序電流i_sz4出現(xiàn)較大幅值的3次諧波分量，而i_sz1，i_sz2被較好地控制在零附近。

為了消除較大的零序電流i_sz4，加入死區(qū)補(bǔ)償和i_sz4閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，在與圖3-25相同的負(fù)載、轉(zhuǎn)速及給定定子磁鏈幅值的情況下進(jìn)行實驗研究，結(jié)果如圖3-26所示。對比圖3-26與圖3-25可見：①兩種實驗中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換平面的電磁轉(zhuǎn)矩及定子磁鏈控制效果基本相同；②考慮死區(qū)補(bǔ)償及z₄零序電流控制后，零序電流i_sz4中低頻3次諧波明顯被消除，基本控制在零附近；③考慮死區(qū)補(bǔ)償及z₄零序電流控制后，定子相繞組電流正弦度明顯變好，原有的3次諧波不再存在。

為了進(jìn)一步考察本節(jié)提出的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)動態(tài)性能，做300r/min、突加/突卸負(fù)載實驗，結(jié)果如圖3-27所示。t₁，t₂時刻分別對應(yīng)突加負(fù)載、突卸負(fù)載開始點(diǎn)。由實驗結(jié)果可見：①轉(zhuǎn)速能夠快速控制到穩(wěn)態(tài)300r/min；②電磁轉(zhuǎn)矩能夠始終跟隨其給定值變化而變化；③無論動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)，各零序電流始終控制在零附近，從而使得相繞組電流全部用于控制電磁轉(zhuǎn)矩及定子磁鏈。從實驗結(jié)果可見，所提出的控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)迅速，穩(wěn)態(tài)性能良好。