DSP的異步電動機(jī)控制系統(tǒng)具體介紹(精)

1、DSP 的異步電動機(jī)控制系統(tǒng)具體介紹 1 異步電機(jī)控制的數(shù)學(xué)模型 鼠籠式異步電機(jī)在 d, q 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型的電壓方程為： 其中：usd和 usq 分別為 d, q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電壓；isd 和 isq 分別為 d, q 旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流；ird 和 irq 分別為 d，q 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電流；Rs 和 Ls 分別為定子繞組的電阻與自感；Rr 和 Lr 分別為定子繞組的電阻與自感；Lm 為定轉(zhuǎn)子互感；P 為微分算子；3 1為同步旋轉(zhuǎn)角頻率；3S為轉(zhuǎn)差角頻率；將轉(zhuǎn) 子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄔ?d 軸方向上，可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁鏈為： 其中：Tr 為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。 由式（2）可見

2、，調(diào)節(jié)定子電流的 isd 分量可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子磁鏈 tr而當(dāng)保持該定子電 流磁通分量不變時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通保持不變。其轉(zhuǎn)矩方程為： 其中：Te 為電磁轉(zhuǎn)矩；np 為電機(jī)的極對數(shù)；由式（3）可見，控制定子電流 isq 分量 可以控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Te,通過該轉(zhuǎn)矩分量可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該控制系統(tǒng) 采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，圖 1 所示是其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。 該控制系統(tǒng)所檢測的兩相定子電流經(jīng) Clarke 與 Park 變換后可產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩電流分量 和勵磁電流分量，然后結(jié)合檢測轉(zhuǎn)速并通過電流模型計(jì)算坐標(biāo)變換所需的磁鏈 角。檢測轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速誤差經(jīng) PI 調(diào)節(jié)后將生成轉(zhuǎn)矩給定值。轉(zhuǎn)矩電流分量與勵 磁電流分量的誤差經(jīng)PI

3、 調(diào)節(jié)可產(chǎn)生 u 小 M。給定值，并在通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后 輸入 SVPWM 模塊以產(chǎn)生 6路 PWM 波，從而控制逆變器。 2 SVPWM 原理 電壓空間矢量 PWM 技術(shù)是 SPWM 技術(shù)與電機(jī)磁鏈圓形軌跡直接結(jié)合的一種方 法。它從電動機(jī)角度出發(fā)，直接以電動機(jī)磁鏈圓形軌跡控制為目的，該方法不僅 在控制上與SPWM 的效果相同，而且更直觀，物理意義更明晰，實(shí)現(xiàn)起來也很 方便。SVPWM 調(diào)制方法是利用交替使用不同的電壓空間矢量（六個(gè)基本電壓矢量 和兩個(gè)零矢量）合成實(shí)現(xiàn)的。參考矢量合成規(guī)則是：由當(dāng)前參考矢量所在扇區(qū)的兩 個(gè)電壓矢量分別作用一定時(shí)間合成所得。為了補(bǔ)償參考矢量的旋轉(zhuǎn)頻率，設(shè)計(jì)時(shí) 需要

4、插入零矢量。 2 控制系統(tǒng)硬件組成 本系統(tǒng)主電路由整流電路、中間直流電容濾波和 IGBT 模塊封裝逆變器等組成。 控制電路采用 TI 公司的電機(jī)專用控制芯片 TMS320F2812 為核心，由 DSP 最小系 統(tǒng)板與控制底板構(gòu)成，用以實(shí)現(xiàn)采樣調(diào)理、矢量控制及 SVPWM 調(diào)制算法等。此 外，該控制系統(tǒng)還包括隔離開關(guān)電源、 PWM 驅(qū)動電路、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、以及 霍爾電流傳感器等輔助電路，其中開關(guān)電源為整個(gè)控制電路提供多路隔離電源， 其控制系統(tǒng)總體框圖如圖 2 所示。 2. 1 定子電流檢測 通過霍爾電流傳感器可將采樣得到的兩相定子電流經(jīng)過調(diào)理電路后送入 DSP 的 AD 口，以將模擬信號轉(zhuǎn)換為

5、數(shù)字信號。其采樣轉(zhuǎn)換過程如圖 3 所示。 2. 2 轉(zhuǎn)速檢測 通過智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀可檢測轉(zhuǎn)速。當(dāng)測速碼盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可通過光 電開關(guān)輸出具有一定周期寬度的脈沖信號，這樣，根據(jù)碼盤的齒數(shù)和輸出信號的 頻率，即可計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)軟件主要分為兩部分：一是控制系統(tǒng)主程序，包括系統(tǒng)初始化、定時(shí)器 初始化、使能定時(shí)器下溢中斷與 CPU 中斷、其他系統(tǒng)模塊參數(shù)初始化等；二是 中斷子程序，包括 ADC 模塊、CLARKE /PARK 變換模塊、Id/Iq 與速度 PID 模 塊、PARK 逆變換模塊、SVPWM 模塊、速度計(jì)算模塊、電機(jī)電流模型計(jì)算模塊 等。整個(gè)系統(tǒng)軟

6、件的總體結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過實(shí)驗(yàn)可對上述矢量控制算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可選功率開關(guān)管的開關(guān) 頻率為5kHz，死區(qū)為 5. 2s電機(jī)為 4 極三相籠型異步電機(jī)，其額定參數(shù)為： PN=3 kW，UN=220V，IN=7 . 5A，fN=50 Hz，nN=1500 r/min。圖 5 所示是實(shí) 驗(yàn)得出的結(jié)果和響應(yīng)曲線。 該實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)特性。 提問人的追問 2009-12-28 14:11 有具體的圖表嗎謝謝 回答人的補(bǔ)充 2009-12-28 14:16 等下哦。找下 回答人的補(bǔ)充 2009-12-28 14:27 異步電機(jī)矢量控制策略 矢量控

7、制系統(tǒng)組成 矢量控制的基本原理是：根據(jù)磁鏈等效原則，利用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效為兩相 系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)變換將定子電流分解為相互正交的兩個(gè) 分量勵磁電流分量 isd 與轉(zhuǎn)矩電流分量 isq，即用這兩個(gè)電流分量所產(chǎn)生的電樞反 應(yīng)磁場來等效原來定子三相繞組電流所產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場。然后分別對 isd 和 isq 進(jìn)行獨(dú)立控制，這樣就可以將一臺三相異步電動機(jī)等效為直流電動機(jī)來控制， 因而可獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣好的靜態(tài)及動態(tài)性能。 系統(tǒng)采用速度外環(huán)控制、電流內(nèi)環(huán)控制的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行的同步頻 率在電機(jī)額定頻率以下時(shí)，激磁電流 isd 為電機(jī)額定激磁電流，在額定頻率以上 時(shí)

8、采用弱磁控制。圖 1 所示系統(tǒng)中采用了 3 個(gè) PI 調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)轉(zhuǎn)速差 輸出轉(zhuǎn)矩電流的給定值，轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器和勵磁電流調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩電流和 勵磁電流分量。轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器根據(jù)實(shí)際電機(jī)輸入電流、電壓觀測出轉(zhuǎn)子磁鏈的 大小和角度。 轉(zhuǎn)子磁鏈觀測 從控制理論的角度來講，一個(gè)控制系統(tǒng)的精度主要取決于反饋信號的精度。所以 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的精度主要取決于磁鏈估計(jì)的精度。而由異步電機(jī)的磁 鏈電壓觀測方程式 可知，磁鏈?zhǔn)怯煞措妱觿莘e分得到，為了解決純積分帶來的積分器飽和初值等問 題，本系統(tǒng)采用了帶飽和反饋環(huán)節(jié)的積分器3來代替純積分環(huán)節(jié)，其原理框圖如 圖 2 所示。 磁鏈觀測器的輸出為：

9、其中， ，為電機(jī)反電動勢；為飽和環(huán)節(jié)的輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)子觀測磁鏈小于等于轉(zhuǎn)子磁鏈的給定 值，即時(shí)，；當(dāng)轉(zhuǎn)子觀測磁鏈大于轉(zhuǎn)子磁鏈的給定值，即時(shí)， 。所以當(dāng)時(shí)，磁鏈觀測模型為： 上述觀測模型變?yōu)橐患兎e分環(huán)節(jié)，即普通的電壓觀測模型。當(dāng)時(shí)，磁鏈觀測模型 為： 由上式可知，當(dāng)合理選取的大小時(shí)，即使輸入存在直流偏置信號，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測 模型輸出也不會出現(xiàn)積分飽和，能有效抑制直流偏移。模型中的選取很關(guān)鍵，選 取過大會造成輸出有較大的直流分量，選取過小會造成輸出有較大失真。在本系 統(tǒng)中?。ㄞD(zhuǎn)子磁鏈給定）。 矢量控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 基于 TMS320F2812 的矢量控制方案組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如 圖 3 所示。 帶飽和反饋的轉(zhuǎn)子磁鏈電壓觀測模型 整個(gè)系統(tǒng)為交直交變壓變頻電路，由主回路、控制回路和輔助回路三大部分組 成。系統(tǒng)主電路采用的變頻器是交