0 引 言

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)在作为伺服控制系统在工业、航天和汽车等领域得到了很广泛的应用[1-2]。为了使伺服单元更好的工作，人们不断提出各种控制方法，如矢量控制、直接转矩控制(direct torque control,DTC)、无传感器控制和智能控制。新型的智能控制算法无法在现有的控制器上稳定的运行，所以在工业控制领域应用不是十分广泛。但是这是未来的一个发展趋势。经典的矢量控制在工业上应用广泛，但是它存在着电流采样反馈时滞的问题。为了解决这一问题，人们提出了直接转矩控制的方法，使得系统得以简化，并且提高了快速响应能力[2]。传统的直接转矩控制采用转矩和磁链双滞环调节来得到相应的转矩和磁链控制信号，这种方法的缺点是稳态时转矩和磁链脉动较大[3]。所以又出现了直接转矩控制和空间电压矢量脉宽调制技术(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法相结合的控制方法，这有效地减小了转矩和磁链的脉动。本文就是基于这一控制方法，并将转矩和磁链进行反馈线性化解耦，使转速和转矩可以准确地跟踪准确值，最终实现永磁同步电机的直接转矩控制[4-6]。

1 永磁同步电机直接转矩控制系统分析

1.1 永磁同步电机直接转矩控制系统框图

直接转矩控制系统框图如图1所示，该系统包括：坐标变换单元、转矩与磁链计算单元、磁链调节、转矩调节、反馈线性化控制单元和SVPWM模块等。

  

图1 永磁同步电机直接转矩控制系统框图

当电机开始运行时，首先采集电机三相电流ia、ib、ic，对于Y型对称绕组有三相电流之和等于0，所以一般可以采集两相，另外一个通过计算得出。三相电流经过CLARK和PARK变换后得到了id和iq，将其送入转矩和磁链计算单元进行计算得到转矩和磁链平方和的反馈值，速度PI调节器的输出和转矩反馈进行计算后进行转矩调节，磁链平方和和反馈值进行计算后进行磁链调节。然后将磁链平方和和转矩送入反馈线性化模块中，得到输出电压矢量Ud和Uq，进行反PARK变换后送入到SVPWM模块，进行矢量调节后，最后生成6路PWM波驱动三相逆变桥式电路，控制电机工作运行[1,2,6]。

根据临床表现的严重程度，亚急性肝衰竭和慢加急性（亚急性）肝衰竭可分为早期、中期和晚期。在未达到标准时的前期要提高警惕，须密切关注病情发展。

1.2 反馈线性化模块的实现

永磁同步电机电压和磁链矢量方程为：

 

(1)

ψs=ψPM+Lsis

(2)

根据式(11)可以使用C语言进行编程，将转矩和磁链PI调节的输出送入反馈线性化模块中，模块的输出就是电压矢量Ud和Uq了[6]。

 

(3)

 

(4)

如果是表面式永磁同步电机Ld=Lq，那么转矩方程可以简化为

 

(5)

ASCETV6.2.1的模型搭建软件界面如图6所示。在一个新的database中建立工程文件，并对基于直接转矩控制的反馈线性化系统模型进行搭建，系统模型中的反馈线性化模块fbl1、fbl2和fbl3如图7～9所示。

 

(6)

由式(9)和式(10)可以得出：

 

(7)

再对式(7)进行求导，计算结果为

 

(8)

为了将转矩方程(6)和磁链方程(8)进行解耦，设v1和v2为两个虚拟的控制量，并定义：

v1=kT(uq-ωrψd)

(9)

 

(10)

其中为电机的力矩系数。设Fs为dq轴磁链的平方和，定义：

 

(11)

永磁同步电机在dq坐标系下的数学方程为：

2 控制系统的硬件系统结构分析

新生到校后首先组织他们熟悉周围环境，帮助他们建立新的同伴或师生间的亲密关系，通过相互之间情感上的体贴、抚慰、理解和接纳带给他们阳光和温暖，让寄宿生获得自尊感和归属感。

医院管理层提出，太和人的作风要“自豪不自大”“昂扬不张扬”“务实不浮躁”。“星星急救”为公众服务，得到良好声誉，拉近了公众与医院的关系。这样为医院树立良好形象，使医院在公众面前留下优良口碑，非常有意义。罗杰更希望，社会整体安全意识继续提升。急救知识科普到位，但用到的频率越低越好。

  

图2 硬件系统结构框图

2.1 控制核心TC1782

TC1782是32位微控制器芯片，集成了CPU、程序和数据存储器、总线仲裁、中断控制器、外设控制处理器和多种片上外设，用于满足高要求的嵌入式控制系统应用的需求，具有性价比高、实时响应速度快和计算能力强大等特性。主频高达180 M，片上FLASH容量2.5 M，具有DSP浮点运算的功能，丰富的IIC、SPI、定时器和CAN接口，非常适用于汽车电子电机控制和电源控制领域[7]。本设计用到了英飞凌TC1782的GPTA定时器模块，用来生成6路互补PWM信号、定时器中断[8]。用到SPI模块，用来串行读取AD7606采样的电流。用到了GPIO，并行处理旋变解码AD2S1210的并行信息，解算出位置和角度。

2.2 AD7606模数转换模块

AD7606模块的原理图如图3所示。AD7606是16位可以同时8通道采集信息的ADC芯片。通过配置RANGE引脚可以选择正负10 V或正负5 V的输入范围[9]。我们将机柜电机相电流经过一阶滤波电路和偏置电路采样范围限制在自己配置的电压范围内，然后将处理过的信号送到AD7606中，TC1782通过串行方式读取数据，经过量化转换后得到实际结果。之后开始系统的其他运算。本设计的AD7606采用串行接口方式与TC1782进行连接，相应的连接图如图4所示。

恩格斯主张站在辩证唯物主义和历史唯物主义的立场考察社会历史条件，进而对文学现象做出评价，并提出文学批评所依据的尺度和标准是“美学观点和历史观点”这一“非常高的，即最高的标准”[6]586。在笔者看来，所谓“历史的标准”不仅意味着在具体的历史情境中评价文学作品，而且意味着将文学作品置于文学发展历程中加以考察，唯有如此，才能发现作品在艺术上的独创之处，得出公允确当的结论。令人赞赏的是，尚继武非常重视在文学发展与变迁的历史中考察《聊斋志异》的叙事艺术，沿着三条“历史之线”分析论述相关问题。

  

图3 AD7606模块的原理图

  

图4 TC1782与AD7606连接图

2.3 AD2S1210旋变解码模块

AD2S1210旋变解码模块如图5所示。AD2S1210用来对电机的位置和转速进行解码，它是一款10位至16位分辨率旋变数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为旋变器提供正弦波激励。TypeII伺服环路可以跟踪输入量，把输入端的信息转化成角度和速度对应的数字量[10]。

  

图5 AD2S1210旋变解码模块原理图

3 控制系统的软件程序设计

3.1 使用ASCET软件生成反馈线性化模块的程序

ASCET软件是ETAS的发动机控制功能图形化建模工具，可以将图形化的模型自动生成C代码，类似于MATLAB，从使用上来说ASCET偏向于逻辑控制，它可以设置生成代码的顺序，而MATLAB/Simulink着重于数学运算,生成的代码执行顺序有一定的不确定性，所以ASCET生成的代码比Simulink的代码效率高、更简洁易懂。所以选用前者进行代码生成功能。

对式(5)进行求导得

整个控制系统是由控制器部分和LABCAR仿真机柜组成的。其中实际控制器是由控制芯片英飞凌TC1782、模数转换模块AD7606和旋转变压器解码模块AD2S1210组成的。LABCAR仿真机柜包括永磁同步电机的驱动电路、逆变器、电机和旋转变压器。整个系统的结构如图2所示。

  

图6 ASCET软件界面

  

图7 反馈线性化模块

  

图8 反馈线性化模块

  

图9 反馈线性化模块fbl3

搭建完整个控制系统的仿真模型后，对其进行编译，如无错误，便可以自动生成可执行反馈线性化模块的程序。

2.斯奈德的大学教育：斯奈德是接受过高质量的高等教育的学者。他首先在1951年毕业于俄勒冈州著名的私立大学里德学院(Reed College)，获得文学和人类学学位。这为后来的寒山诗翻译、文学创作和与人类生存息息相关的环保运动打下了扎实的基础。之后，他又进入伯克利加州大学东亚系攻读东方语言文学硕士学位,学习日语和汉语，为他后来翻译寒山诗和日本之行做了准备。耿纪永[8]认为，他的导师陈世骧作为北大高材生，自然熟悉胡适出版的《白话文学史》而对寒山诗另眼相看，别有感情，才会借机推荐给斯奈德让其翻译，促使寒山诗风行于美国。

3.2 系统主体程序流程图

采用ETAS公司的硬件在环测试系统LABCAR来实现对基于直接转矩控制的永磁同步电机反馈线性化控制系统的仿真实验。在硬件在环仿真实验过程中，实际控制器先对虚拟电机发出控制指令，HIL机柜中的FPGA板卡接收到虚拟电机运行时的数据，产生传感器信号回馈给实际控制器，再通过软件把数据读取出来，并分析实验波形，解决真正的实验平台搭建前可能出现的问题。硬件在环实验平台如图12所示。

还需提及，南海区域也是日本拓展地缘政治影响力的重要场域。对于日本而言，东北亚因有俄罗斯、中国等大国的存在，所以其主要的地缘政治空间首选南海及周边东南亚地区。在南海周边地区，日本更希望维持美军存在基础上的美日同盟安保秩序，不愿看到其他国家主导这一海域，因为这将大大削弱日本在南海区域地区事务中的角色，因此对中国在南海海域的维权行动视为“威胁”，并逐步升级实施“对华对冲战略”。[20]

  

图10 系统主体流程图

3.3 定时器中断程序流程图

定时器中断服务程序流程图如图11所示。

  

图11 定时器中断服务程序流程图[2,5,8]

4 LABCAR硬件仿真实验

4.1 实验平台的搭建

系统主体流程图如图10所示。

2.仔猪白痢是10～30日龄仔猪发生的消化道传染病。以排灰白色粥样糊状粪便为特征。粪便有特异的腥臭味，发病率高而致死率低，肠道菌群失调、大肠杆菌过量繁殖是本病的重要原因。

  

图12 LABCAR实验平台

这里HIL机柜采用的FPGA板卡为ES5340电动仿真板卡(包含电机和逆变器模型)，它可以测量ECU驱动的IGBT门极信号，使它的传感器产生转速、位置和电流等相关信号。它还可以对永磁同步电机进行模拟，模型还细致的考虑到了电机参数饱和和温度效应等因素，而且电机参数可以实时在线修改，易于实现精确计算。

4.2 直接转矩控制系统的验证

硬件在环实验平台搭建完毕后，在TASKING软件中，将ASCET软件生成的控制算法C语言代码和DAVE软件生成的外设配置C语言代码结合在一起，并进行编译，编译成功后烧入控制芯片TC1782中，然后将模数转换器AD7606、旋变解码芯片AD2S1210与TC1782和HIL机柜正确连接，运用 LABCAR OPERATOR软件对系统进行硬件在环仿真实验。该软件通过用户界面对LABCAR的硬件进行配置，并控制电机启停，生成可以执行的测试代码。图13为LABCAR OPERATOR的实验环境界面。

  

图13 LCO实验界面

基于硬件在环测试系统LABCAR仿真平台，电机负载给定为40 N·m，给定转速为1 500 r/min时的转矩、转速和相电流响应波形如图14～16所示。

  

图14 转矩波形图

从仿真波形图中可以看出，基于直接转矩控制的永磁同步电机宽调速范围反馈线性化控制系统输出的转矩和转速波形比较平稳，脉动比较小，输出相电流波形较接近正弦波，验证了本文设计控制方法的可行性。

  

图15 转速波形图

  

图16 相电流波形图

图17基于直接转矩控制的永磁同步电机控制系统的输出转矩波形图，图18为相应的转速变化波形图。在t=30 s时刻，给定转速为1 500 r/min，负载转矩由18 N·m降至10 N·m。由图可见，当负载突变时，反馈转速和给定速度之间的误差变大，经过速度调节器后将误差送给转矩，转矩调节器进行调节后送入后面的环节，最终使得系统重新恢复到稳态。本文设计的控制系统受电动机转子参数影响较小，动态响应好，可获得快速的转矩相应，控制算法和系统结构简单，而且转矩脉动更小。

  

图17 输出转矩波形图

  

图18 输出转速波形图

5 结 语

本文通过硬件在环测试系统LABCAR搭建了基于直接转矩控制的永磁同步电机宽调速范围反馈线性化控制系统的仿真平台，并对该系统进行了硬件在环仿真测试。通过实验波形可知，本设计的永磁同步电机直接转矩控控制系统具有快速的动态响应特性，而且转矩脉动较小。

预处理后，利用GC/MS仪器对样品进行检测与分析。载气流速为1.3 mL·min-1，GC进样口温度为295 ℃，不分流进样；起始柱温为70 ℃，保持2 min，先以 5 ℃·min-1升至 105 ℃，然后以 1.5 ℃·min-1升至 110 ℃，再以 15 ℃·min-1升至 160 ℃，最后以30℃·min-1升至280 ℃，保持5 min。EI离子源，电子能力为70 eV，离子源温度为230 ℃，传输线温度为280 ℃，质量数扫描范围为30~500 amu。

参 考 文 献:

[1] 李谟发，彭晓，李永坚，等．基于模糊PI调节器的无刷双馈电机直接转矩控制[J]．电机与控制应用，2012(10)：30-33.

[2] 杨健飞. 永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D]. 南京：南京航空航天大学，2011：5-8.

[3] ZHANG Y，ZHU J．Direct Torque Control for Permanent Magnet Synchronous Motor With Reduced Torque Ripple and Commutation Frequency[J]．IEEE Transactions On Power Electronics，2011，26(1)： 235-248.

[4] JASWANT S，SINGH B，SINGH S P．Performance Evaluation of Direct Torque Control with Permanent Magnet Synchronous Motor[J]．Bulletin of Electrical Engineering and Informatics，2012，1(2)：165-178.

[5] 谢爱华. 基于空间矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[D]. 杭州：浙江工业大学，2009：68-71.

[6] VENUGOPAL R. Feedback Linearization-Based Position Control of an Electrohydraulic Servo System With Supply Pressure Uncertainty[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology,2012，20(4)：1092-1099.

[7] 韩洪洪，夏超英. 基于Infineon TC1782的电机控制器设计[J]. 电源技术，2014(1)：120-122.

[8] 庞博. TC1782在车用永磁同步电机控制中的应用[D]. 大连：大连理工大学，2013：6-32.

[9] 陶海军，张一鸣. 基于AD7606的多通道数据采集系统设计[J]. 工矿自动化，2013，39(12)：110-113.

[10] 梁家威，钟汉如. 基于AD2S1210的转子位置转速检测方法研究[J]. 微电机，2013，46(5)：48-49.