摘要： 永磁同步电机是一种非线性，强耦合的电动机，它具有高效率、高功率密度等优点。本文旨在设计一个永磁同步电机的控制系统并采用DSP28335进行控制。首先对永磁同步电机的定子进行数学模型的建立，并且对它进行坐标变换分析；比较各控制系统特点后选择直接转矩控制系统进行仿真搭建，得出该系统响应速度快，低速状态下系统较为稳定等特点；完成了使用DSP28335进行的硬件及软件设计、调试运行。最终结果表明：系统响应速度快、低速状态下性能稳定及可控性良好。符合设计性能的要求。

关键词： 永磁同步电机；MATLAB；直接转矩控制；PWM；DSP28335

The Design of PMSM control system on DSP

Abstract: Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is a nonlinear, strongly coupled motor with high efficiency and high power density. The purpose of this paper is to design a permanent magnet synchronous motor control system and adopt DSP28335 for control. Firstly, the mathematical model of the stator of permanent magnet synchronous motor is established and its coordinate transformation is analyzed. After comparing the characteristics of each control system, the direct torque control system was selected for simulation and construction. Completed the hardware and software design, debugging and operation using DSP28335. The final results show that the system is stable and controllable at low speed and high response speed. Therefore, the system meets the requirements of design performance.

Keywords: PMSM; MATLAB; DTC; PWM; DSP28335

目录

摘要 ii

Abstract ii

目录 iii

1 绪论 1

1.1 选题背景和研究意义 1

1.2 国内外研究现状与发展趋势 2

1.3 本文结构 2

2 永磁同步电机直接转矩控制原理 4

2.1 永磁同步电机的机械结构 4

2.2 永磁同步电机的数学模型和坐标变换 4

2.3 PMSM控制方式选择及其调节机制 7

2.3.1 DTC基本思路 7

2.3.2 逆变器的工作原理 8

2.4 本章小结 10

3 PMSM-DTC控制系统的建立及仿真 11

3.1 PMSM-DTC系统基本结构 11

3.2 DTC各模块的搭建 12

3.2.1 坐标变换模块 12

3.2.2 磁链估算模块 14

3.2.3 转矩估算模块 15

3.2.4 转速估算模块 15

3.2.5 磁链/转矩滞环比较模块 15

3.2.6 磁链幅值计算模块 16

3.2.7 扇区判断模块 16

3.2.8 开关状态选择表模块 17

3.3 DTC系统仿真与分析 19

3.4 本章小结 25

4 基于DSP28335的PMSM-DTC设计 26

4.1 系统硬件构造 26

4.1.1 控制电路 26

4.1.2 AD模块 26

4.1.3 SCI模块 26

4.1.4 增强型脉宽调制模块（ePWM） 27

4.1.5 主回路 27

4.1.6 电流及电压采集电路 27

4.1.7 硬件过压保护电路 28

4.1.8 PWM驱动电路 28

4.1.9 供电电路 30

4.1.10 TMS320F28335芯片介绍 30

4.2 软件设计 31

4.2.1 主程序 31

4.2.2 初始化子程序 32

4.2.3 定时器中断子程序 32

4.2.4 输出更新子程序 33

4.2.5 系统中断子程序 34

4.2.6 程序运行监控系统（看门狗） 34

4.3 系统运行测试 35

4.3.1 注意事项 36

4.3.2 运行结果 36

4.4 本章小结 38

5 总结与展望 39

5.1 总结 39

5.2 展望 39

致谢 40

参考文献 41

1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

近些年以来，随着各种新型材料、电力电子、计算控制理论等相关新技术的发展，永磁同步电机控制系统已经被应用到了十分广泛的领域。这种类型的电机，本质上其实仍旧是需要通过交流电进行驱动的电机设备。在经过了多年的发展之后，永磁同步电机可以通过控制系统的设计来实现实际应用中所需求的高速度、高精度等普通电机很难达到的控制。

大约在20世纪中叶的时候，永磁同步电机这一新兴的电机进入了学者们的视野之中。虽然它的运行方式及原理同正常的同步电机基本相同，但是由于它使用的是永磁体，替代了励磁绕组，因此其结构则变得简单了很多。与普通种类的同步电机相比，永磁同步电机取消了集电环和电刷的结构，减少了电机运行时候的能量损失同时提高了电机的可靠性。除此以外，因为这种结构不需要励磁电流去进行驱动，因此提高了电动机的效率和功率因数。在普通的同步电机调速控制中，采用的方式通常为调节励磁电流以调节励磁磁势。但是永磁同步电机由于其结构中存在永磁体，因此磁通和磁势会随着外磁路的磁导与电枢反应磁场的变化而改变。换句话说，它不可以通过直接的控制来进行运转速度调节。