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摘 要：本文对一种新型控制电机伺服驱动器系统设计进行论述，并在文章中给出了系统的软件设计与实现方案。在选用TMS320F2812数字信号处理器为核心对电路进行控制，使用智能功率模块构成的主电路，对测试负载变换时的驱动器电流与电动机的转速变化进行动态观察，结果表明电路控制结构简单实际，且结构合理，可以让新型的控制电机获得良好的抗干扰性。
关键词：电机；驱动器；设计
新型控制电机伺服驱动器的设计是值得人们进行深入研究的，因为这关系着新型控制电机伺服驱动器的设计效果，同时对于控制系统的安全运行具有重要的影响。只有加强有关设计方面的研究，才能帮助人们更为深入的了解其中的内容与原理，进而加以优化设计，避免一些故障的发生。因此，这就要求工作人员能够提高对于新型控制电机伺服驱动器的认识以及重视程度，并且能够结合实际情况加以优化设计与调试，以取得理想的控制效果。
1 永磁同步电机的原理和数学模型
永磁同步电机（PMSM）的转子部分采用性能良好的永磁体材料，当对称的三相正弦波交流电注入嵌入定子中的三相绕组时，就会在气隙中生成旋转磁场，两个磁场互相作用便带动转子转动起来。图1为简化后的PMSM物理模型，定子三相对称绕组A相、B相、C相。永磁同步电机其电压矢量和磁链表示如下：
2 伺服控制器的电路结构
随着时间的不断推移，我国的电子技术也在突飞猛进，尤其微电子技术的发展，更为迅速，而这些技术的不断创新与应用，极大的推动了各个行业的发展，同时也使得一些行业面临着新的挑战，在这一时代背景下，只有不断的推陈出新，融合高新技术，才能获得新的发展，同时也有助于更好的满足人们的需求。而基于电机这种设备而言，往往在工业建设的过程中起着关键的作用，而高性能的电机控制器往往其结构更为复杂，尤其对于实际工况的动态调整以及数据运算要求较高，这就要求有关方面能够加强其伺服控制器的设计。而随着数字式控制微芯片的诞生，人们看到了希望，通过应用这种芯片，能够使得其运算处理速度得到一定的提高，同时还能加强有效的控制，对于电路的故障检测、诊断等都具有重要的作用。所以，针对新型控制电机伺服驱动器的设计就成为了人们关心的方面。
近几年，就有一些公司专门推出了与用于DSP程序设计的CCS软件，人们能够利用此软件对于电机的控制结构以及参数进行修改以及调控，进而取得良好的控制效果。而这种数字化电机控制器中的主控芯片型号是TMS320F2812，就其控制器的主要结构组成而言，可以分为IPM驱动单元、DPS核心电路控制单元以及故障检测单元等。而在驱动单元内，PMSM伺服驱动器则起着极为关键的作用，具体而言，该伺服驱动器的结构如图1所示。
在其芯片执行电机控制的阶段中，会涉及到比较复杂的算法并且还要与上位机进行信息通信，所以，必须要加强故障检测与处理机制硬件电路的设计，这样才能尽可能的保证伺服驱动器的可靠性与实用性。具体在设计的过程中应该注意满足以下要求。首先，要求设计人员能够保障其伺服驱动器具有良好的性能，其次，还要满足大多用户的要求，在安装的时候也要简单，避免给后期维护工作带来麻烦。最后，设计者还要考虑其经济性因素，在设计的过程中，保证其性能良好的前提下，尽量减低制作的成本以及生成周期。
不过，需要注意的是，在进行硬件电路设计的过程中，需要解决电磁兼容性这个难题，一旦忽略这个问题，很有可能影响接下来的实验，而且往往会浪费很长的时间，技术也更为复杂，甚至引发更大的问题。所以针对这个难题就需要加以注意。具体而言，这个难题主要体现为以下两点，即放射性和抗干扰性。所以在设计的过程中，就可以适当的增加隔离，在电网与整流器之间装置两级变压器，并且在初级绕组和次级绕组之上覆铜来增加屏蔽，起到良好的屏蔽作用，避免受到电磁等方面的影响。而对于I/O通道中的干扰问题，有关设计人员可以采用双绞线与光电隔离的办法，以避免其产生更大的影响。
3 伺服驱动器控制原理
本文所涉及的驱动器能够在多种控制方式下进行参数的修改。驱动器控制的整个过程都通过软件来完成，分别对电流、速度和位置采用闭环控制策略，提高了系统的自调节能力。该驱动器可以用在不同参数要求的永磁同步电机中，也可以满足具有高响应度和高精密度要求的控制系统中，例如：数控机床、印刷机械、包装机械、造纸机械、纺织机械、工业机器人、自动化生产线等。其具备多种控制方式：（1）位置控制：根据DSP的指令使电机能够准确的定位。（2）外部输入模拟量速度控制：按照外部的模拟指令对驱动器的参数进行设定来控制电机的转速。包括电机的转动的速度和方向。（3）外部输入模拟量转矩控制：按照外部模拟指令对驱动器的各项参数进行设定来控制电机转矩。（4）内部速度控制：按照输入信号“内部速度选择1、2”的状态，在四种速度模式下进行切换。（5）手动控制：直接根据键盘输入来手动地改变电机转速。驱动器的控制全部由软件来实现。
4 实验结果与分析
设计的伺服驱动器的控制对象是一个永磁同步伺服电机，参数为：额定电压220V，额定电流2.8A，电枢电感6.5mh，定子电阻2.5Ω，额定转速3000rpm，极对数4，额定功率350W，转矩系数0.6N·m/A，额定转矩1.28N·m，转动惯量0.3×10-4kg·m，编码器线数2500线。以150rad/s运行，在0.5s时负载转矩加倍。在0.5出对系统增加负载后，相对于增加了个干扰，转速有稍许的波动，但随后极短的时间便又达到稳定的状态。实验结果表明采用全数字化新型电机驱动器后系统的具有较好的鲁棒性和抗干扰性能。
5 结论
随着时代的不断向前发展，人们的生活方式以及工作方式发生了很大的变化，相应思想认识也有了较大的改变，近几年，人们就越来越重视设计方面的工作，因为做好设计有关的工作，能够起到一定的指导作用，更好的达到预期的目标。而事实上，要想保证永磁同步电机得以稳定运行，也需要做好其伺服驱动器的设计工作，通过搭建了以TMS320F2812为主控芯片的DSP电机伺服驱动器，能够更好的实现闭环控制，使得电机的抗干扰性能得以提高，这具有重要的意义。
参考文献
[1]李滿，江剑.基于DSP的伺服电机驱动器的设计[J].机械制造与自动化，2016（5）：187-191.
[2]杨阳.外骨骼电机伺服驱动系统设计[D].电子科技大学，2017.
[3]柴临园.伺服系统驱动器设计及控制算法研究[D].北京理工大学，2016.
[4]凌黎明，李初春.PLC控制伺服电机应用设计分析[J].科技展望，
2016，26（27）.
作者简介：王明睿，身份证号：230302198612084013。
关键词：电机；驱动器；设计
新型控制电机伺服驱动器的设计是值得人们进行深入研究的，因为这关系着新型控制电机伺服驱动器的设计效果，同时对于控制系统的安全运行具有重要的影响。只有加强有关设计方面的研究，才能帮助人们更为深入的了解其中的内容与原理，进而加以优化设计，避免一些故障的发生。因此，这就要求工作人员能够提高对于新型控制电机伺服驱动器的认识以及重视程度，并且能够结合实际情况加以优化设计与调试，以取得理想的控制效果。
1 永磁同步电机的原理和数学模型
永磁同步电机（PMSM）的转子部分采用性能良好的永磁体材料，当对称的三相正弦波交流电注入嵌入定子中的三相绕组时，就会在气隙中生成旋转磁场，两个磁场互相作用便带动转子转动起来。图1为简化后的PMSM物理模型，定子三相对称绕组A相、B相、C相。永磁同步电机其电压矢量和磁链表示如下：
2 伺服控制器的电路结构
随着时间的不断推移，我国的电子技术也在突飞猛进，尤其微电子技术的发展，更为迅速，而这些技术的不断创新与应用，极大的推动了各个行业的发展，同时也使得一些行业面临着新的挑战，在这一时代背景下，只有不断的推陈出新，融合高新技术，才能获得新的发展，同时也有助于更好的满足人们的需求。而基于电机这种设备而言，往往在工业建设的过程中起着关键的作用，而高性能的电机控制器往往其结构更为复杂，尤其对于实际工况的动态调整以及数据运算要求较高，这就要求有关方面能够加强其伺服控制器的设计。而随着数字式控制微芯片的诞生，人们看到了希望，通过应用这种芯片，能够使得其运算处理速度得到一定的提高，同时还能加强有效的控制，对于电路的故障检测、诊断等都具有重要的作用。所以，针对新型控制电机伺服驱动器的设计就成为了人们关心的方面。
近几年，就有一些公司专门推出了与用于DSP程序设计的CCS软件，人们能够利用此软件对于电机的控制结构以及参数进行修改以及调控，进而取得良好的控制效果。而这种数字化电机控制器中的主控芯片型号是TMS320F2812，就其控制器的主要结构组成而言，可以分为IPM驱动单元、DPS核心电路控制单元以及故障检测单元等。而在驱动单元内，PMSM伺服驱动器则起着极为关键的作用，具体而言，该伺服驱动器的结构如图1所示。
在其芯片执行电机控制的阶段中，会涉及到比较复杂的算法并且还要与上位机进行信息通信，所以，必须要加强故障检测与处理机制硬件电路的设计，这样才能尽可能的保证伺服驱动器的可靠性与实用性。具体在设计的过程中应该注意满足以下要求。首先，要求设计人员能够保障其伺服驱动器具有良好的性能，其次，还要满足大多用户的要求，在安装的时候也要简单，避免给后期维护工作带来麻烦。最后，设计者还要考虑其经济性因素，在设计的过程中，保证其性能良好的前提下，尽量减低制作的成本以及生成周期。
不过，需要注意的是，在进行硬件电路设计的过程中，需要解决电磁兼容性这个难题，一旦忽略这个问题，很有可能影响接下来的实验，而且往往会浪费很长的时间，技术也更为复杂，甚至引发更大的问题。所以针对这个难题就需要加以注意。具体而言，这个难题主要体现为以下两点，即放射性和抗干扰性。所以在设计的过程中，就可以适当的增加隔离，在电网与整流器之间装置两级变压器，并且在初级绕组和次级绕组之上覆铜来增加屏蔽，起到良好的屏蔽作用，避免受到电磁等方面的影响。而对于I/O通道中的干扰问题，有关设计人员可以采用双绞线与光电隔离的办法，以避免其产生更大的影响。
3 伺服驱动器控制原理
本文所涉及的驱动器能够在多种控制方式下进行参数的修改。驱动器控制的整个过程都通过软件来完成，分别对电流、速度和位置采用闭环控制策略，提高了系统的自调节能力。该驱动器可以用在不同参数要求的永磁同步电机中，也可以满足具有高响应度和高精密度要求的控制系统中，例如：数控机床、印刷机械、包装机械、造纸机械、纺织机械、工业机器人、自动化生产线等。其具备多种控制方式：（1）位置控制：根据DSP的指令使电机能够准确的定位。（2）外部输入模拟量速度控制：按照外部的模拟指令对驱动器的参数进行设定来控制电机的转速。包括电机的转动的速度和方向。（3）外部输入模拟量转矩控制：按照外部模拟指令对驱动器的各项参数进行设定来控制电机转矩。（4）内部速度控制：按照输入信号“内部速度选择1、2”的状态，在四种速度模式下进行切换。（5）手动控制：直接根据键盘输入来手动地改变电机转速。驱动器的控制全部由软件来实现。
4 实验结果与分析
设计的伺服驱动器的控制对象是一个永磁同步伺服电机，参数为：额定电压220V，额定电流2.8A，电枢电感6.5mh，定子电阻2.5Ω，额定转速3000rpm，极对数4，额定功率350W，转矩系数0.6N·m/A，额定转矩1.28N·m，转动惯量0.3×10-4kg·m，编码器线数2500线。以150rad/s运行，在0.5s时负载转矩加倍。在0.5出对系统增加负载后，相对于增加了个干扰，转速有稍许的波动，但随后极短的时间便又达到稳定的状态。实验结果表明采用全数字化新型电机驱动器后系统的具有较好的鲁棒性和抗干扰性能。
5 结论
随着时代的不断向前发展，人们的生活方式以及工作方式发生了很大的变化，相应思想认识也有了较大的改变，近几年，人们就越来越重视设计方面的工作，因为做好设计有关的工作，能够起到一定的指导作用，更好的达到预期的目标。而事实上，要想保证永磁同步电机得以稳定运行，也需要做好其伺服驱动器的设计工作，通过搭建了以TMS320F2812为主控芯片的DSP电机伺服驱动器，能够更好的实现闭环控制，使得电机的抗干扰性能得以提高，这具有重要的意义。
参考文献
[1]李滿，江剑.基于DSP的伺服电机驱动器的设计[J].机械制造与自动化，2016（5）：187-191.
[2]杨阳.外骨骼电机伺服驱动系统设计[D].电子科技大学，2017.
[3]柴临园.伺服系统驱动器设计及控制算法研究[D].北京理工大学，2016.
[4]凌黎明，李初春.PLC控制伺服电机应用设计分析[J].科技展望，
2016，26（27）.
作者简介：王明睿，身份证号：230302198612084013。