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基于SVPWM的永磁同步电机控制器设计
广东理工学院电气工程系 梁永忠
【摘要】本文详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的工作原理，设计了永磁同步电机(PMSM)的硬件控制方案，采用STM32F103C8T6单片机实现了该方案的控制程序，通过实验验证了该方案的可行性。【关键词】空间矢量脉宽调制；永磁同步电机；单片机 Design of PMSM Controller Based on SVPWM
Liang Yongzhong
（Department of Electrical Engineering Guang Dong Polytechnic College ，Zhaoqing 526100，China ）
ABSTRACT ：This paper analyzes the working principle of Space Vector Pulse Width Modulation in detail ，and the hardware control scheme of the PMSM is designed.The control program of the scheme is realized by using STM32F103C8T6.The feasibility of the scheme is verified by the experiment.Key words ：SVPWM ；PMSM ；MCU
扎带
0 引言
永磁同步电动机(PMSM)由于其控制特性良好，结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高，已广泛应用于各种工业传动领域，并取得显著的节能效果[1]。传统的交流电动机采用正弦脉宽(SPWM)调制技术输出一个频率和电压可调、三相对称的正弦波电动机供电电源，这种方法虽然具有数学模型简单、易于实现的优点，但是它的电压利用率太低。空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术将逆变系统和电机看作一个整体来考虑，使实际磁链矢量追踪理想磁链圆，其控制简单，开关损耗小，电压利用率比一般的SPWM 高[2]。因此，本文采用STM32F103C8T6单片机作为主控单元，基于SVPWM 开发了一款永磁同步电机控制器方案。
图1 三相永磁同步电机的逆变桥
图2 基本电压空间矢量扇区分布
1 SVPWM算法原理
SVPWM 采用平均值等效原理，即在每一个采样周期内利用若干个基本电压矢量合成任意给定的参考电压矢量。图1所示是三相永磁同步电机的逆变桥，Q1～Q6是功率开关管，N1～N3代表三个桥臂，规定当上桥臂导通时为“1”，下桥臂导通时为“0”，则三个桥臂可以形成8种开关状态(000,001,010,011,100,101,110,111)，这8种相电压状态即构成SVPWM 的8个基本电压空间矢量，分别命名为U0(100)，U60(110)，U120(010)，U180(011)，U240(001)，U300(101)，O000(000)和O111(111)，其中O000(000)和O111(111)为零矢量。
为了使三相逆变器输出的实际磁通为圆形，将SVPWM 的8个基本电压空间矢量划分为6个扇区，如图2所示。
以Uout 为输出的参考相电压矢量，以Ux 和Ux ±60为相邻的两个基本电压空间矢量，当Uout 落在相应的扇区时，则Uout 可由Ux 和Ux ±60
线性时间组合来合成，即：
其中t 1 是Ux 的作用时间，t 2 是Ux ±60的作用时间，T pwm 是Uout 的作用时间。在每个T pwm 都改变Ux 和Ux ±60的作用时间，当T pwm 很小时，实际输出的电压空间矢量的轨迹接近圆形。
通过相邻两个基本电压空间矢量与实际输出的电压空间矢量相位关系可求得t 1和t 2
，即：
根据逆变器输出零矢量时电动机的定子磁链矢量不动的特点，在T pwm 期间插入零矢量作用的时间t 0 ，使即可实现变频
的目的[3]
。
本设计以幅值和相角的形式给出Uout ，故可直接根据相角来确定Uout 所在的扇区。
2 系统硬件设计
本系统的硬件设计框图如图3所示，主控制器采用STM32F103C8T6单片机，速度设定通过电位器输入，逆变桥驱动采用IR2110S ，三相逆变桥采用独立MOSFET ，转子位置和速度反馈通过霍尔传感器校正和获取，采用单电阻采样获取电机的总电流，过流保护采用LM393
比较器输出连接到单片机的中断。
图3 系统硬件框图
逆变桥的驱动电路如图4所示，IR2110S 兼有光耦隔离和电磁隔
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晶粒度检测
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离的优点，具有独立的低端和高端输入通道，且有PWM 关断控制引脚，可方便保护电路的控制，内部具有自举电路，可简化控制电路方案，提高系统的稳定性，其高端工作电压可达500v ，在现有实验设备环境下，本方案设计了驱动24v PMSM
的控制电路。
图4 逆变桥驱动电路
无人自助超市图5 系统软件流程图视频显示器
编织袋折边器3 系统软件设计
本系统采用PI 单速度环控制；采用单电阻采样系统的总电流作为
系统的过流保护，过流保护使用单片机的外部中断，且设置为最高优先级；SVPWM 算法在PWM 中断里实现；转子的实际位置通过霍尔传感器反馈回来的状态信号修正。系统软件流程图如图5所示，当单片机读取到电位器的AD 值低于某个数值时即认为输入速度设定值为零，停止PMSM ，否则启动PMSM ；过流保护作为程序的最高中断优先级，可随时关断系统的PWM ，LM393的过流保护输出除了连接到单片机的中断引脚外也连接到IR2110S 的关断引脚，通过这种方式实现软件和硬件双重保护，提高系统保护的可靠性。
4 结语
本文通过分析SVPWM 算法原理，设计实现了PMSM 的控制驱动电路及控制程序，通过系统调试，24V PMSM 能平稳、快速地调速并实现速度闭环，过流保护等功能均可实现，验证了该方案的可行性。参考文献
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作者简介：
梁永忠（1984—），男，广东肇庆人，硕士研究生，工程师，主要研究领域为计算机测控技术、直流电机驱动等。
抛光氧化铝
（上接第166页）
然后可得到decode 的机器码为：“\xEB\x10\x5A\x4A\x33\xC9\x66\xB9\x00\x02\x80\x34\x0A\x97\xE2\xFA\xEB\x05\xE8\xEB\xFF\xFF\xFF"。此时，发现decode 中有”\x00”，但是再使用异或法改变key 值是解决不了问题的。这种情况就需要结合其他的方法，可以选择微调法。经分析这是由于汇编代码中有”0x200”，那么可将其改为”0x201”，就没有”\x00”了。
最后把decode 和enshellcode 一起送入装载器测试，结果如图2
所示。
图2 执行结果图
4 测试结果分析
在上述的例子中，首先通过异或法对shellcode 编码起到了避免截断的效果，之后却发现解码指令decode 中还存在不合法字符，这
种情况使用异或法改变key 值是解决不了问题的，不仅会降低编码效率，还会影响shellcode 的执行效果。这时结合微调法将decode 稍作修改便符合要求了。结果表明这种经过改进的编码方法能够实现shellcode 的有效性，提高编码效率。
5 小结
基于缓冲区溢出攻击研究了几种shellcode 的编码方法，分析了异或法、微调法、字符拆分法各自的编码特点。在此基础上，提出了一种将异或法与微调法相结合的shellcode 编码方法以提高编码效率。
给出改进的shellcode 编码设计及实现，并对测试结果进行了分析，测试结果表明此shellcode 编码实现了植入代码的准确性及有效性，对缓冲区溢出攻击的防御研究具有一定的参考价值。
参考文献
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