A MC56F8357 Based Permanent Magnet Synchronous Motor PMSM Servo System

8/14/2019 A MC56F8357 Based Permanent Magnet Synchronous Motor PMSM Servo System

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A MC56F8357 B a s e d Permanent Magnet S y n c h r o n o u s Motor (PMSM)S e r v o S y s t e mF e i r o n g J i a n g , Wei Z h a n g , W e n y i L i a n g , X i a n x u L i uC o l l e g e o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , Z h e j i a n g U n i v e r s i t y , H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7 , CHINA

A b s t r a c t A d i g i t a l s e r v o s y st e m b a s ed o n MC56F8357 i sp r e s e n t e d i n t h i s p a p e r . The s y s t e m p r i n c i p l e , h a r d w a r e a n ds o f t w a r e a r ch i t e ct u r es o f t h e AC s e r v o d r i v e s a r e i n t r o d u c e d .By u t i l i z i n g F i e l d O r i e n t e d C o n t r o l ( F O C ) , S p a c e V e c t o rPWM (SVPWM), DC b u s r i p p l e c o m p e n s a t i o n , d i g i t a l P Ir e g u l a t i n g w i t h c or re ct i on o f t h e i n t e g r a l t e r m a n d A n t i -Hunt P r o c e s s i n g c o n t r o l s t r a t e g i e s , t h e h a r d w a r e a n d s o f t -w a r e o f t he s e r vo s y s t e m a r e i m p l em en te d. E x p e ri m en t si n c l u d i n g d i f f e r e n t p o s i t i o n a n d s p e e d c o n t r o l h a v e b e e nc a r r i e d o u t a n d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e a l s o g i v e n .K e y w o r d s PMSM, S e r v o S y st e m, MC56F8357

I . I N T R O D U C T I O NT h e s e r v o s y s t e m s a r e c o m m o n l y u s e d i n t h o s e p o s i -t i o n i n g a p p l i c a t i o n s r e q u i r e h i g h e r i n s t a n t a n e o u s t o r q u er e s p o n s e , l o w e r t o r q u e r i p p l e , w i d e a d j u s t a b l e s p e e dr a n g e a n d e x c e l l e n t s p e e d r e g u l a t i o n s u c h a s NC m a c h i n et o o l s , i n d u s t r i a l r o b o t s , a n d o t h e r a u t o m a t i o n e q u i p m e n t ,e . g . p r i n t i n g , p a c k a g i n g , f o o d , a n d t e x t i l e m a c h i n e s . I nmany t y p e s o f AC m o t o r s , P e r m a n e n t M a g n e t S y n c h r o -n o u s M o t o r (PMSM) h a s b e e n c o n s i d e r e d t h e o n e b e t t e rf i t s s e r v o a p p l i c a t i o n b e c a u s e t h e PMSM o f f e r s t h e a d -

v a n t a g e o f l o w r o t o r i n e r t i a , h i g h e f f i c i e n c y , e f f i c i e n t h e a td i s s i p a t i o n s t r u c t u r e , a n d r e d u c t i o n o f t h e m o t o r s i z e .M o r e o v e r , t h e e l i m i n a t i o n o f b r u s h e s r e d u c e s n o i s e a n ds u p p r e s s e s t h e n e e d o f b ru s h m a i n t e n a n c e . T h e ACPMSM s e r v o s y s t e m h a s a t t r a c t e d m o r e a n d m o r e r e -s e a r c h e r s ' a t t e n t i o n .I n t h i s p a p e r , a d i g i t a l s e r v o s y s t e m u s i n g a D i g i t a lS i g n a l P r o c e s s o r ( D S P ) MC56F8357 i s p r e s e n t e d . T h es y s t e m p r i n c i p l e , h ar dw ar e a nd s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e s o ft h e AC PMSM s e r v o d r i v e s a r e i n t r o d u c e d , t h e e x p e r i -m e n t a l r e s u l t s a r e g i v e n a s w e l l .I I . C ONTRO L THEO R Y OF T HE Ac SERVO SYSTEM

T h e p r i n c i p l e d i a g r a m o f t h e PMSM s e r v o s y s t e mb a s e o n v e c t o r c o n t r o l i s s h o w n a s F i g . 1 . I n o r d e r t o g e tt h e s a t i s f i e d p o s i t i o n c o n t r o l , t h e p o s i t i o n a n d s p e e d r e g u -l a t i o n s a r e d e s i g n e d a s o u t e r l o o p t o e n s u r e a c c u r a t e p o s i -t i o n c o n t r o l a n d f a s t t r a c k i n g , t h e c u r r e n t r e g u l a t i o n w i t hv e c t o r c o n t r o l i s d e s i g n e d a s t h e i n n e r l o o p t o a c h i e v er o b u s t p e r f o r m a n c e a n d f a s t t o r q u e r e s p o n s e . By u t i l i z i n gF i e l d O r i e n t e d C o n t r o l ( F O C ) , S p a c e V e c t o r PWM( S V P W M ) , DC b u s r i p p l e c o m p e n s a t i o n , d i g i t a l P I r e g u -l a t i n g w i t h c o r r e c t i o n o f t h e i n t e g r a l t e r m a n d A n t i - H u n t P r o c -e s s i n g c o n t r o l s t r a t e g i e s , t h e s o f t w a r e o f p o s i t i o n a n ds p e e d l o o p c o n t r o l o f t h e s e r v o s y s t e m i s i m p l e m e n t e d .T he m ai n a p p l i e d s t r a t e g i e s a r e c o n s i d e r e d a s f o l l o w .A . F i e l d O r i e n t e d C o n t r o l o fPMSM

T h e r e f e r e n c e f ra m es o f FOC s h o w n a s F i g . 2 c a n b eu s e d t o a n a l y z e t h e PMSM, i n t h e F O C , t h e e x p r e s s i o n o ft h e v o l t a g e , f l u x l i n k a g e e q u a t i o n s o f PMSM i n t h e d , qc o o r d i n a t e s y s t e m a r e g i v e n a s :F R s i S d Y Sd ( 1 f Y S q1 S d i d d tU S q =Rs I S q + YS + O ) A ] S dY S d LdiSd M d tY S d = L d i S d +YVM

( 1 )

A I S q = L q i S qw h e r e , R , i s t h e s t a t o r p h a s e r e s i s t a n c e , c o i s t h e e l e c t r i c a lr o t o r s p e e d , V f s d , V f s q a r e d , q a x i s f l u x l i n k a g e , i S d , i S q a r e d ,q a x i s c u r r e n t , L d , L q a r e d , q a x i s i n d u c t a n c e r e s p e c t i v e l y .T h e t o r q u e e q u a t i o n i n d , q c o o r d i n a t e s y s t e m i sT 2- P ( V S d i S q V 4 S q l S d )

3= 2 [ y m i J s q - ( L q -L d ) S d I S q ]( 2 )

w h e r e , P i s t h e n u m b e r o f p o l e p a i r s , V l M i s p e r m a n e n tm a g n e t i c f l u x l i n k a g e . W h en i S d i s c o n t r o l l e d t o b e z e r ot h e n t h e t o r q u e i s d i r e c t l y p r o p o r t i o n t o i S q , a n d t h e t o r q u ee q u a t i o n s h o u l d b e :

T e = 3 1 2 p y m i s q ( 3 )

F i g . 1 . V e c t o r c o n t r o l b a s e d PMSM s e r v o s y s t e m p r i n c i p l e .

F i g . 2 . R e f er e n ce f r a m e s o f F O C .

1 5 1 9

a o c


2/5

B . V o l t a g e S p a c e V e c t o r PWMT h e s i x t r a n s i s t o r s i n t h e i n v e r t e r c a n f o r m e i g h ts w i t c h v a r i a b l e s , c o r r e s p o n d i n g t o 8 - s p a c e v e c t o r s : U o ,U 6 0 , U 1 2 0 , U 1 8 0 , U 2 4 0 , U 3 0 0 , 0 0 0 0 , 0 1 1 1 , h e r e s i x s t a t e s a r en o n - z e r o v e c t o r s , t w o s t a t e s ( O o o o , 1 1 1 ) a r e z e r o v e c t o r s ,t h e n o n - z e r o v e c t o r s f o r m t h e a x e s o f a h e x a g o n a l , t h ea n g l e b e t w e e n t w o a d j a c e n t n o n - z e r o v e c t o r s i s 6 0 d e -g r e e s . T h e s p a c e v o l t a g e v e c t o r PWM i s s h o w n a s F i g . 3 .T h e SVPWM m e t h o d w i t h z e r o v e c t o r s t h a t c o m b i n e dw i t h s t a t e s 0 0 0 0 a n d 1 1 1 i n e a c h s e c t o r i s a d o p t i n t h i sp a p e r . T h e i n c l u s i o n o f z e r o v e c t o r s h e l p s t o b a l a n c e t h et u r n o n a n d t u r n o f f p e r i o d s o f t h e t r a n s i s t o r s , a n d t h u st h e i r p o w e r d i s s i p a t i o n . T h e o b j e c t i v e i s t o a p p r o x i m a t et h e m o t o r v o l t a g e U s b y a c o m b i n a t i o n o f e i g h t s w i t c h i n gp a t t e r n s o f t h e s i x p o w e r t r a n s i s t o r s . T h e p r o j e c t e d m o t o rv o l t a g e U s , a t a n y t i m e , c a n b e a p p r o x i m a t e d b y t h e v e c -t o r s u m o f t w o v e c t o r c o m p o n e n t s l y i n g o n t h e t w o a d j a -c e n t b a s i c v e c t o r s :

U s = T 1 T U x + T 2 1 T U x + 6 0 + T n u l l I T ( O o o o o r 0 1 l )T = T 1 + T 2 + T n u l lT i s t h e PWM p e r i o d . T h i s a p p r o x i m a t i o n m e a n s t h a tt h e u p p e r t r a n s i s t o r s m u s t h a v e t h e o n a n d o f f p a t t e r n sc o r r e s p o n d i n g t o U x a n d U x + 6 0 f o r t h e t i m e T 1 a n d T 2 , t oa p p l y v o l t a g e U s t o t h e m o t o r , e . g . , t h e p r o j e c t e d m o t o rv o l t a g e U s i s i n t h e s e c t o r I , t h e t i m e T 1 a n d T 2 o f t h e t w ov e c t o r s U o a n d U 6 0 , c a n b e c a l c u l a t e a sT 1 = ( F Uu a ) * T / 2 ( 4 )U T 2 = u , E Tw h e r e , u . , u p i s a , , B c o m p o n e n t o f U s r e s p e c t i v e l yC . DC B u s R i p p l e C o m p e n s a t i o nI n o r d e r t o e l i m i n a t e t h e i n f l u e n c e o f DC b u s v o l t a g er i p p l e s o n t h e g e n e r a t e d p u l s e - w i d t h - m o d u l a t e d w a v e -f o r m s , a n a r i t h m e t i c i s i n d u c e d t o c o m p e n s a t e t h e a m p l i -t u d e o f a a n d , B c o m p o n e n t o f t h e p r o j e c t e d m o t o r v o l t a g eU s , t h e f o r m u l a e a r e s h o w n i n ( 5 ) , ( 6 ) :

F i n d e x * a u d c b u sne c i f I i n d e x * c < -d ( 5 )c c u d c b u s 2 ( 5 )s i g n ( c ) * 1 . 0 o t h e r w i s eiU n d e b u s i f i n d e x * D < 2 ( 6 )s i g n ( D ) * 1 . 0 o t h e r w i s ew h e r e , i n d e x m u s t b e w i t h i n a f r a c t i o n a l r a n g e a n d p o s i -t i v e : 0 < i n d e x < 1 t h e v a l u e d e p e n d s o n t h e m o d u l a t i o nt e c h n i q u e , i . e . , f o r t h e SVPWM a p p l i e d i n t h i s p a p e r , i n -d e x i s e q u a l t o 0 . 8 6 6 0 2 5 . 0 < u d c b u s < 1 i s e q u a l t o 0% -100% o f t h e maxi mum DC b u s v o l t a g e . T h e y = s i g n ( x )f u n c t i o n i s d e f i n e d a s f o l l o w :0 1 . 0 i f x Oy 1 . 0 o t h e r w i s ew h e r e , x = a , , a r e i n p u t d u t y - c y c l e r a t i o s a n d a * ,, * a r eo u t p u t d u t y - c y c l e r a t i o s .

D . D i g i t a l P I R e g u l a t o rI f t h e s a m p l i n g p e r i o d i s s m a l l e n o u g h , t h e i n c r e -m e n t a l f o r m o f n o r m a l P I a l g o r i t h m i s e x p r e s s e d a s :

A u ( k ) = u ( k ) - u ( k - 1 ) = K p [ e ( k ) -4k - 1 ) ] + K I e k ) ( 7 )w h e r e , k i s s a m p l i n g o r d e r n u m b e r , u ( k ) i s t h e o u t p u t o ft h e c o n t r o l l e r a t t h e s a m p l i n g t i m e k . e ( k ) i s i n p u t e r r o r s a tt i m e k . K p i s t h e p r o p o r t i o n , K I i s i n t e g r a l f a c t o r . Toa v o i d t h e s a t u r a t i o n a n d o v e r f l o w o f t h e r e g u l a t o r v a r i -a b l e s a n d o u t p u t , o n e s o l u t i o n i s t o a d d a c o r r e c t i o n K c o ro f t h e i n t e g r a l t e r m t o t h e p r e v i o u s s t r u c t u r e , t o q u i c k l yq u i t t h e s a t u r a t i o n a n d o v e r f l o w . T h e i n n o v a t e d P I a l g o -r i t h m i s a s f o l l o w ,e ( k ) = r ( k ) - y ( k )u ( k ) = x ( k - 1 ) + K p e ( k )

x ( k ) = x ( k - 1 ) + K e ( k ) + K c o r E p Iw h e r e , K c o r = K 1 / K p i s t h e i n t e g r a l c o r r e c t i o n f a c t o r , E P I =u o u r - u ( k ) , i f P I r e g u l a t o r i s s a t u r a t i o n a n d o v e r f l o w ,u O 1 t = U m a x w h e n u ( k ) > U m a x , o r u o , t = U m i n w h e n u ( k ) < U m i n ,o t h e r w i s e u o , t = u ( k ) .E . A n t i - H u n t P r o c e s s i n g

I n t h e s e r v o c o n t r o l , w h e n t h e m o t o r r e a c h e s t o t h e r e -q u i r e d p o s i t i o n a n d n e e d s t o p r o d u c e t o r q u e a t s t a n d s t i l l ,s p e c i a l a t t e n t i o n n e e d s p a i d s i n c e t h e r o t o r w i l l v e r y l i k e l yo s c i l l a t e ( h u n t i n g ) . A v a r i a b l e g a i n A n t i - H u n t a l g o r i t h m i sd e v e l o p e d a s s h o w n i n F i g . 4 . 1 ) W h en t h e p o s i t i o n e r r o ri s l a r g e ( r e g i o n 1 o r 5 ) , t h e P I g a i n s o f t h e s p e e d a n d p o s i -t i o n r e g u l a t o r s a r e s e t t o t h e m a x i m a l v a l u e , t o g e t f a s ts p e e d r e s p o n s e . 2 ) W h en t h e p o s i t i o n e r r o r i s s m a l le n o u g h ( r e g i o n 2 o r 4 ) , t h e P I g a i n s s h o u l d b e g r a d u a l l yr e d u c e d . 3 ) O n c e t h e r o t o r e n t e r s t h e A n t i - H u n t w i n d o w( r e g i o n 3 ) , t h e P I g a i n s a r e r e s e t t o z e r o . T h i s a p p r o a c hh a s e f f e c t i v e l y a v o i d e d t h e r o t o r o s c i l l a t i o n a t t h e s t a n d -s t i l l p o s i t i o n .I I I . I M P L I C A T I O N O F HARDWARE AND SOFTWARE

U 2 4 0 V . U 3 0 0( 0 0 1 ) X ( 1 0 1 )[ - I /,-13 [ - I 1 / , 1 ]F i g . 3 . S p a c e v o l t a g e v e c t o r PWM.

/- x I O ~~I +

P j I G a i n s

P o s i t i o n E r r o rF i g . 4 . V a r i a b l e P I g a i n s f o r A n t i - H u n t .

1 5 2 0


3/5

A . S y s t e m S t r u c t u r e a n d H a r d w a r e D e s i g nT h e MC56F8357 b a s e d s e r v o s y s t e m h a r d w a r e s t r u c -t u r e i s s h o w n i n F i g . 5 . T h e h a r d w a r e i s m a i n l y c o n s i s t e do f a DSP MC56F8357EVM b o a r d , P o w e r I n t e g r a t e M o d -u l e ( P I M ) a n d PWM p o w e r d r i v e r s , v o l t a g e , c u r r e n t d e -t e c t i o n a n d f e e d b a c k c i r c u i t s , p o s i t i o n d e t e c t c i r c u i t s ,LCD/LED d i s p l a y a n d i n d i c a t e c i r c u i t s , p o w e r s u p p l yc i r c u i t s , a PMSM s e r v o m o t o r w i t h a n o p t i c a l e n c o d e r .( 1 ) MC56F8357 i s a c o s t e f f i c i e n t 1 6 - b i t f i x e d - p o i n tDSP o f F r e e s c a l e C o m p a n y , u p t o 6 0 MIPS a t 6 0 MHzc o r e f r e q u e n c y , t h e p o w e r s u p p l y i s 3 . 3 V .T h e m a i n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e DSP a r e : 1 ) L a r g e c a -p a c i t y m e m o r y . 256KB P r o g r a m F l a s h , 4 K B P r o g r a mRAM, 8KB D a t a F l a s h , 16KB D a t a RAM, 16KB B o o tF l a s h , c o m b i n e d w i t h t h e o n - b o a r d 1 2 8 K B e x t e r n a l P r o -g r a m / D a t a SRAM. 2 ) M u l t i p l e m o t o r c o n t r o l m o d u l e s .F o u r 4 - c h a n n e l 1 2 - b i t s i m u l t a n e o u s o r s e q u e n t i a l s a m -p l i n g A D C s , t h e ADC i n t e r n a l c l o c k i s 5 M H z , s a m p l e

t i m e i s 1 . 2 u s ; t w o 6 - c h a n n e l i n d e p e n d e n t o r c o m p l e m e n -t a r y PWM m o d u l e s ; t w o q u a d r a t u r e d e c o d e r s f o r c a p t u r et h e p o s i t i o n s i g n a l ; f o u r g e n e r a l - p u r p o s e c a s c a d a b l e q u a dt i m e r s a n d t e m p e r a t u r e s e n s o r . 3 ) M a s s c o m mu ni c at i o nm o d u l e f o r e x t e n d . T wo a s y n c h r o n o u s s e r i a l i n t e r f a c e sS C I a n d t w o s y n c h r o n o u s s e r i a l i n t e r f a c e s S P I , CAN b u sm o d u l e a n d e x t e n d a s e r i a l R S 2 3 2 c o m m u n i c a t i o n f o r P Cm a s t e r c o n t r o l a n d d i s p l a y e t c .T h e h i g h c a l c u l a t i o n s p e e d , l a r g e c a p a c i t y m e m o r y ,h i g h s a m p l e p r e c i s i o n a n d s t r o n g e x t e n d c a p a b i l i t y m a k eMC56F8357 v e r y o p t i m i z e d f o r d i g i t a l m o t o r c o n t r o l . I nt h i s s y s t e m , t h e c a l c u l a t i o n o f F O C , SVP W M , DC b u sr i p p l e c o m p e n s a t i o n , f o u r d i g i t a l P I r e g u l a t o r a n d A n t i -H u n t p r o c e s s i n g e t c a r e a l l i m p l e m e n t i n M C 5 6 F 8 3 5 7 .( 2 ) A P IM P 5 4 9 - A - P M i s a d o p t e d a s t h e p o w e r s t a g e ,t h e P IM c o n s i s t o f 1 / 3 p h a s e s i n p u t r e c t i f i e r , b r a k e c h o p -p e r , 3 p h a s e s i n v e r t e r IGBT + FRED w i t h o p e n e m i t t e r .T h r e e I R 2 1 1 O s a r e u s e d a s t h e PWM d r i v e r c i r c u i t , s o i tc a n u s e o n l y o n e g r o u p p o w e r s u p p l y t o c o n t r o l t h e s i xIGBT i n v e r t e r s . I f s o m e h ar dw ar e e r r o r g e n e r a t e , t h e e r r o rs i g n a l w i l l b r a k i n g t h e P IM m o d u l e a n d b l o c k a l l t h ePWM o u t p u t , t h e PWM d r i v e f l o w c h a r t i s s h o w n a s F i g . 6 .

( 3 ) T wo c u r r e n t LEMs ( L A 2 8 - N P ) a n d o n e v o l t a g eLEM ( L V 2 8 - P ) a r e u s e d t o s e n s e t w o p h a s e c u r r e n t o fm o t o r a n d DC b u s v o l t a g e s e p a r a t e l y . T h e a m p l i f i e d a n df i l t e r e d c u r r e n t / v o l t a g e s i g n a l s a r e t r a n s m i t t e d t o t h e A / Dp o r t o f D S P . A t t h e s a m e t i m e , t h e s a m p l e v a l u e s a r e a l s ou s e d a s t h e h a r d w a r e a n d s o f t w a r e p r o t e c t i o n s i g n a l s ,s u c h a s u n d e r v o l t a g e , o v e r v o l t a g e a n d o v e r c u r r e n t , t h ed e t e c t f l o w c h a r t i s s h o w n a s F i g . 7 .

( 4 ) T h e p o s i t i o n p u l s e s i g n a l s f r o m t h e m o t o r o p t i c a le n c o d e r , a f t e r a n t i - j a m m i n g p r o c e s s i n g , a r e t r a n s m i t t e d t ot h e q u a d r a t u r e d e c o d e r o f D S P . T h e DSP g e t t h e s p e e da n d r e l a t i v e p o s i t i o n v a l u e v i a c a l c u l a t e t h e p u l s e , a t t h es a m e t i m e , t h e i n d e x s i g n a l o f t h e e n c o d e r i s u s e t o i n i t i a l -i z e a l i g n m e n t a n d c o r r e c t t h e p o s i t i o n o f f s e t .( 5 ) One 8 b i t LCD ( W - C 1 6 0 1 A ) i s u s e d t o d i s p l a y

t h e p o s i t i o n , s p e e d , v o l t a g e , c u r r e n t v a l u e a n d o t h e r v a r i -a n t i f n e e d e d . LEDs a r e a l s o u s e d t o d i s p l a y t h e s y s t e m

V o l t a g e 1 2 F O C


4/5

w i t h t h e P C m a s t e r . T h e PC m a s t e r , w h i c h e x t e n d e d v i aa n e l e c t r i c a l l y i s o l a t e d s e r i a l R S 2 3 2 c o m m u n i c a t i o n , i sp l u g i n t h e p r o g r a m s o f t w a r e f o r F r e e s c a l e D S P . T h e p r o -g r a m m e d HMI i s s h o w n a s t h e F i g . 9 .I V . E X P R I M E N T R E S U L T S

T h e e x p e r i m e n t a l e q u i p m e n t i s s h o w n i n F i g . 1 0 . I tc o n t a i n s a PMSM s e r v o m o t o r , a MC56F8357EVM b o a r da n d a p a r a m e t e r d e t e c t i o n a n d d r i v e b o a r d . R a n g e s o f e x -p e r i m e n t s i n c l u d i n g c u r r e n t , d i f f e r e n t s p e e d a n d p o s i t i o nS t a rI n i t i a l i z a t i o n

E n a b l e I n t e r r u p tF a u l t C o n t r o lU n d e r v o l t a g eO v e r h e a t i n gO v e r v o l t a g eO v e r c u r r e n t

A p p l i c a t i o n C o n t r o lPC M a s t e r / M a n u a l c o n t r o lR u n / s t o p c o n t r o lA l i g n m e n t c o n t r o lP o s i t i o n / s p e e d l o o p c o n t r o lU p / d o w n s p e e d c o n t r o lL ED i n d i c a t i o n c o n t r o lL CD d i s p l a y c o n t r o lB r a k e C o n t r o l

A . Main program f l o w c h a r t

(ADC I n t e r r u p t )A n a l o g S e n si n g P r o ce ss i n gC u r r e n t s s e n s i n g i a , i b| V o l t a g e s e n s i n g - D C bus|

S i n , c o s G e n e r a t i o nC u r r e n t C o n t r o lC u r r e n t s t r a n s f o r m a t i o n ( a , b , c t o d , q )

C u r r e n t d r e g u l a t o r P I c o n t r o l l e rC u r r e n t q r e g u l a t o r P I c o n t r o l l e rV o l t a g e s t r a n s f o r m I a t i o n ( d , q to noDCBus r i p p l e c o m p e n s a t i o nSVPWMM o d u l e s e t s d u t y c i r c l ePWM O u t p u t

( R e t u r n o )B . ADC i n t e r r u p t p r o g r a m

c o n t r o l h av e b e en c a r r i e d o u t . T h e p a r a m e t e r s o f t h e PMs e r v o m o t o r a r e a s f o l l o w : P N = 4 , T , 1 = 0 . 5 9 N m , R w = 2 7 . 1 5O h m , L w = 4 5 mH, J m = 0 . 0 2 7 k g m 2 1 0 3 , P 1 1 = 2 0 1 W , I 1 A .An e m b e d d e d i n c r e m e n t a l e nc od er w i th a r e s o l u t i o n o f1 0 2 4 l i n e s / r ( t h e q u a dr u p l e f r e q u en c y i s 4 0 9 6 l i n e s / r ) p r o -v i d e s p o s i t i o n a n d s p e e d f e e d b a c k f o r s e r v o c o n t r o l .T h e PWM f r e q u e n c y i s 8 K H z , DC b u s v o l t a g e i s 3 6V , v o l t a g e a n d c u r r e n t s a m p l i n g p e r i o d i s 1 2 5 u s , s p e e da n d p o s i t i o n s a m p l i n g p e r i o d i s 3 m s , P C m a s t e r s a m p l i n gp e r i o d i s l O i m s , t h e HTML c o n t r o l f o r m o f t h e PC m a s t e rr e f r e s h p e r i o d i s 1 s .T h e s t e a d y s t a t e a n d t r a n s i e n t s t a t e p h a s e c u r r e n t s r e -s p o n d e n t w a v e f o r m s a r e s h o w n i n F i g . 1 1 a n d F i g . 1 2 s e p a -r a t e l y . I t c a n b e s e e n t h a t t h e p r e c i s e s i n u s o i d a l w a v e -f o r m s a r e o b t a i n e d . T h e i d , i q c u r r e n t s r es p on de nt w a v e -f o r m s w i t h s u d d e n l o a d a n d u n l o a d , o b t a i n e d f r o m t h e P Cm a s t e r , a r e s h o w n a s F i g . 1 3 . T h e s e w a v e f o r m s p r o v e dt h e h i g h c o n t r o l p e r f o r m a n c e a n d f a s t t o r q u e r e s p o n s e .T h e s p e ed r e sp o n de n t w a v e f o r m f r o m 2 0 r p m t o 2 0 0

r p m , f i n a l 6 0 0 r p m i s s h o w n a s F i g . 1 4 . I t i n d i c a t e s a f a s ta n d s t e a d y s p e e d r e s p o n d .

F i g . 1 0 . P r o t o t y p e o f e x p e r i m e n t a l s e t u p

C . P o s i t i o n i n t e r r u p t programF i g . 8 . S e r v o s y s t e m c o n t r o l p r o g r a m f l o w c h a r t .

F i g . 9 . P C m a s t e r c o n t r o l a n d d i s p l a y i n t e r f a c e .

.r r r r r. r.I.r. .r .r 1

, . .

l r l l W m q t l . P 5 H ' . S Ie ,J . . .

F i g . I 1 1 . P h a s e c u r r e n t s w a v e f o r m a t s t e a d y mode ( 0 . 2 A / g r i d ) .T. _ts *l s b \ t h 7 6= - B s - - R y M - 1 f f i - f ] ' i ' t - B e ? B r 0 b - * - - 1 b B * 0 t > - S h 1 .m a F . . . . . ? . . . ? . ? . .r at. W. . t g

FX g iiz z + v z = A V - 0 X v W s r .W A Me w W E *Z ? M Z e S N 0 0 S 0 Z S 8 Z 8 S Z P Z S t e 0 I ? S e * * N * N F A S r

} i s ; -_ l 2 ; e 1_ P _ |R _W E g 'HXRS 4 m S.___i g . 1 2 . P h a s e c u r r e n t s w a v e f o r m w i t h a b r u p t l y s t r i k e ( 0 . 2 A / g r i d ) .1 5 2 2


5/5

T h e d i f f e r e n t p o s i t i o n r e s p o n d e n t w a v e f o r m s o b t a i n e df r o m t h e PC m a s t e r w h e n c h a n g e p o s i t i o n s e t t i n g : 1 )F r o m 0 p u l s e t o 1 0 0 0 p u l s e s i s s h o w n a s F i g . 1 5 . 2 ) F r o m0 p u l s e t o 2 0 0 0 0 p u l s e s , t h e n - 2 0 0 0 0 p u l s e s , f m n a l 0p u l s e i s s h o w n a s F i g . 1 6 . ( ' ' m e a n s c l o c k w i s e , ' - 'm e a n s a n t i c l o c k w i s e ) . T h e y v e r i f i e d t h a t t h e s e r v o c o n t r o lc a n r u n i n f o u r q u a d r a n t s v e r y w e l l , t h e p o s i t i o n e r r o r i sv e r y s m a l l ( o n l y o n e l i n e e r r o r , 4 0 9 6 l i n e s / r ) a n d t h es p e e d r e s p o n s e i s f a s t .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e s e r v o s y s t e mp r o p o s e d c a n a c c o m p l i s h p r e c i s e p o s i t i o n a n d s p e e d c o n -t r o l w i t h f a s t t o r q u e r e s p o n d e n t .

16. Position r e s p o n d e n t wavetormwhen change p o s i t i o n from 0pulse to 20000 pulses, then-20000 pulses, fi n a l 0 pulse.

Fig. 13 . Current qwvformwith load and without abr up tl y load.

m d o d n d

R e q i r d P o 6 - s i i t i o n

F i g . 1 5 . P o s i t i o n r e s p o n d e n t w a v e f o r m w h e nc h a n g e p o s i t i o n f r o m 0 p u l s e t o 1 0 0 0 p u l s e s .

V. CONCLUSION

According to the e x p e r i m e n t results, i t can be con-cluded t h a t :

The servosystem u s i n g MC56F8357 as theDSPcon-t r olle r needs fewer elements but has a h i g h e r p e r f o r m a n c ecost r a t i o . The intelligent program co mp ile r , friendly hu-mancontrol interface and reliable fault tackle abilitymake the servocontrol moreconvenient. MC56F8357 isanideal selection fo r d i g i t a l motion control.

By utilizing DCbus ripple c o m p e n s a t i o n , d i g i t a l P Ir egulat ing with correction of the integ ral term and Anti-HuntP r oc e s s i n g control s t r a t e g i e s , the functions, p e r f o r m a n c e ,control p r eci s i o n and the anti-disturbance a b i l i t y of theservosystem have been greatly i m p r o v e d .

The servosystem p r o p o s e d has been p r o v e d to be ro-bust and effective with very reasonable cost.

AcKNOWLEDGMENTThe authors are grateful to the Freescale Company fo r

s u p p o r t i n g t h i s research.REFERENCES

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A c t u a l P o s i t i o n l

R ~ c j u i r e d Po i t i o n

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A MC56F8357 Based Permanent Magnet Synchronous Motor PMSM Servo System