摘 要：介紹了SVPWM機理，設計了伺服電機的電流環控制的軟硬件方案，對電流環伺服控制策略進行了研究，分析了電流采樣原理，并對電機驅動中逆變器的死區補償問題做了一些探討，最后詳細介紹了電流環中斷的軟件實現方法。 關鍵詞：空間矢量脈寬調制; 逆變器; 死區補償 [b][align=center]Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWM SUN Jie , LUAN Zhong-quan[/align][/b] Abstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware scheme of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the current sampling, and do some research to keep the force ripple of load motor and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realization plan about current loop interruption was focused on. Key words : space vector pulse width modulation （SVPWM） ; inverter ; dead-time compensation 0 引言 　　近十幾年來，DSP控制器廣泛應用于電機控制中。TI公司的TMS320F2812 DSP具有更完備的外圍控制接口和更豐富的電機控制外設電路。它的事件管理器（EV）含有硬件SVPWM產生電路。產生SVPWM具有硬件結構簡單, 控制精度高, 實時性強, 軟件編程容易等優點。電機控制策略主要采用三閉環控制，位置環、速度環和電流環。他們的主要的作用是使誤差越來越少,使控制精度更高更準確更迅速并實現自動控制。其中電流控制環是一個內環, SVPWM控制算法的實現主要集中在電流環上。在一個電流環周期內需完成反饋電流的采樣、電壓死區補償和輸出電壓等運算。它的性能指標好壞, 特別是動態特性, 將全面影響速度環和位置環, 從而影響整個伺服系統。 1 SVPWM與電機的電流環控制 　　在電機變頻調速中，脈寬調制技術已經得到了廣泛的應用。而空間矢量脈寬調制（SVPWM）方法與經典的脈寬調制方法相比，具有直流電壓利用率高、控制簡單、損耗較小、便于數字化方案實現等優點，廣泛應用在電機控制中。 　　1.1 SVPWM機理 　　空間矢量PWM 指的是三相功率逆變器中的六個功率管的一種特殊的開關方式。空間矢量PWM 方法的實質就是利用六個功率管 　　的八種開關組合方式給出電機的供電電壓向量。通過α -β坐標變換,把8種狀態組合對應的相電壓映射到α-β坐標平面,即將（ a, b, c） 3個向量垂直映射到一個二維坐標（α-β坐標） , 這樣就可以得到6個非零向量和2個零向量. 6個非零向量構成一個六邊形, 相鄰向量之間的夾角為60°, 2個零向量處于原點,如圖1所示. [align=center] 圖1 α、β坐標系中基本電壓空間矢量圖[/align] 　　通過檢測電機相電流的方向和大小，可以計算得到Uout的兩個分量。根據這兩個分量的大小和所處的扇形區間，得到Ux作用的時間，寫入DSP2812的事件管理器（EV）的比較寄存器中，通過EV來實現PWM波的生成。 　　1.2 DSP2812電流環控制結構 　　電流環結構如下圖所示： 　　Ia+Ib+Ic=0，因此，只要檢測其中的兩路電流即可。電機相電流值由霍爾傳感器檢測，檢測信號Iu經過運算放大器進行I-U轉換后輸出。SVPWM硬件結構圖如圖3所示: [align=center] 圖2電流環控制結構圖[/align] 　　電流環的控制算法采用PI，SVPWM（Space Vector PWM）。PI為經典的比例積分控制，SVPWM控制技術可明顯減少逆變器輸出電流的諧波成分，減小脈動轉矩，特別易于數字化實現，在電機控制領域得到廣泛應用。電流環控制結構圖如圖2所示，經過clarke變換、pake變換、逆Clarke 變換，作用于逆變器產生正弦波形。 2 電流采樣 　　對于數字化伺服電機控制系統來說，電流采樣的精度和實時性在很大程度上決定了系統的動、靜態性能。因此，精確的電流檢測是提高系統控制精度、穩定性和快速性的重要條件，也是實現高性能閉環控制系統的關鍵。 　　因為本文研究的是三相平衡系統，即 [align=center] 圖3 SVPWM硬件結構圖[/align] 　　為減少電流信號高次諧實現高性能閉環控制，除了要設計合適的電流環控制器，還要盡量減少電流反饋值中的高次諧波成分，電流采樣傳感器可以在安裝在每組IGBT橋臂的底部。在一個PWM周期中，對電流進行采樣的時間選在PWM波各開關周期的起點或中點時刻，能夠獲得諧波成分相對較少的基波電流值，有利于實現高精度的電流閉環控制。 3 DSP2812的死區補償 　　在電壓型脈寬調制（ PWM）逆變電路中,為避免同一橋臂上的開關器件的直通,必須插入死區時間。然而，死區效應是影響逆變器電壓和電流輸出的重要非線性因素。對于電機驅動系統而言,死區效應會使得電機低速時的電壓及電流發生嚴重畸變,引起轉矩脈動和諧波，因此對逆變器的死區必須進行補償。 　　常用死區補償法方法有兩種: 硬件補償和軟件補償。硬件補償法需要增加額外的硬件電路,通過輸出實際電壓和電壓參考值的比較得到所需要的補償電壓信號。軟件補償法是采用純軟件的方法,在電機的控制程序中加入死區補償的算法。這類補償算法也可以稱之為死區時間補償法。在TMS320LF 2812中，死區補償脈寬可以通過修改事件管理器EV中的CMPR1、CMPR2來實現。 4 軟件實現 　　帶有死區補償的電流環控制程序流程圖4所示 [align=center] 圖4帶死區補償的電流環軟件流程圖[/align] 　　從主程序中進入電流環定時中斷的語句：PieVectTable.T1PINT = &EvaTimer1P_ISR; 　　系統初始化函數void InitEv （void）,設置T1周期定為500us，T1的控制寄存器，比較使能，定時器使能，連續增減計數模式，設置pwm輸出135為高有效,246為低有效。 　　void InitEv（void） 　　｛…… 　　EvaRegs.T1PR=0x0BEBB; 　　EvaRegs.T1CON.all=0x0842; 　　EvaRegs.T1CMPR = 0x3c00; 　　EvaRegs.ACTRA.all = 0x666; EvaRegs.T1CNT = 0x0000; 　　EvaRegs.DBTCONA.all=0x088f; 　　EvaRegs.COMCONA = 0xA600; 　　……｝ 　　clarke變換、pake變換、PI算法以及逆Clarke 變換以函數的形式出現，函數定義如下： 　　void clarke_calc（CLARKE＊ g_Ci）; 　　void park_calc（PARK＊ g_Pi）; 　　double PID_calc1（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）; 　　double PID_calc2（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）; 　　void ipark_calc（IPARK＊ g_Iv）; 　　void CALC_SECTOR（）; 　　void CALC_T1T2（）; 　　定時器1計數到設定的周期值，比較寄存器根據計算的時間值自動重新裝載，使輸出的PWM 波形占空比發生變化。裝載語句如下： 　　EvaRegs.CMPR1=T1+Td1; 　　EvaRegs.CMPR2=T1+T2+Td2; 　　EvaRegs.ACTRA.all&=0x0fff; 　　EvaRegs.ACTRA.all|=（SVDIR << 15） + （vector << 12）; 5 結束語 　　本文詳細介紹了SVPWM 的軟件實現方法，以TI 的DSP 芯片對SVPWM 實現了全數字控制, 并通過對電流采樣和死區補償算法的改進, 有效減少了電機死區時間的影響，消除了諧波, 同時提升了電流輸出能力。所設計的電流環具有更高的控制效率。動態性能得到改善, 為交流伺服系統中速度控制和位置環控制, 打下了良好的基礎。 參考文獻 　　[1] 陳榮,嚴仰光.交流永磁伺服系統控制策略研究[J].電機與控制學報，2004,（3）: 205- 208. 　　[2] 張希明,陳立銘,倪光正.一種基于TMS320F2812的電動汽車電驅動系統. 機　　電工程,2008,25（3）:61-63. 　　[3] 劉亮,鄧名高,歐陽紅林,等.基于預測電流控制的PWM逆變器死區補償方法研究[J].電工技術學報,2005,8（20）:78-98. 　　[4] 許嘉晻, 徐國卿, 康勁松. 基于永磁同步電機的SVPWM死區分析與補償.電氣傳動,2007 ,37 （02 ）: 29-31 　　[5]王成元，夏加寬，楊俊友，孫宜標.電機現代控制技術[M].北京：機械工業出版社,2006. 作者簡介: 　　第一作者孫潔，性別，女，1983年生，2006年畢業于石油大學自動化系，獲得學士學位，技術職稱與職務（/現為北京信息科技大學 學校 機械設計及理論 專業在讀碩士研究生）;主要從事電機控制、機器人技術的研究。