異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、存檔期：存檔號(hào)：本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論 文 題目：姓學(xué)專名：院：業(yè)：劉成成電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化班級(jí) 、 學(xué)號(hào)： 08 電51 08285008指 導(dǎo) 教師：甘良志江蘇師范大學(xué)教務(wù)處印制摘要目前廣泛研究應(yīng)用的異步電機(jī)調(diào)速技術(shù)有恒壓頻比控制方式、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。本論文中所討論的是異步電機(jī)矢量控制調(diào)速法，相對(duì)于恒壓頻比控 制和直接轉(zhuǎn)矩控制，它有優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能和低速性能，還有其調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。在給出異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制原理的同時(shí)，一并給出了矢量變換實(shí)現(xiàn)的步 驟，解釋了三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦方法。在論述了三相異步電功機(jī)的磁場(chǎng) 定向原理之后，又介紹了轉(zhuǎn)子磁

2、鏈計(jì)算方法并設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器。詳細(xì)分析了 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器的工作原理，并根據(jù)各個(gè)調(diào)節(jié)器的原理對(duì)各 個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。以 DSP 為控制核心，設(shè)計(jì)了異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的 硬件電路，并編制了軟件程序。運(yùn)用了 MATLAB 的工具軟件 SIMULINK 對(duì)磁通閉環(huán)的控制矢量系統(tǒng)進(jìn)行了仿 真，并給出了仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)矢量控制 DSP 處理器AbstractAt present, the asynchronous motor velocity modulation, vector control and direct torque check etc. Are

3、in detailed studies. This paper discusses the modulation method of asynchronous and wide velocity modulation scope.This paper points out the process of implementing vector transformation and explains how to work in pairs in the mathematical models of asynchronous motors in turns while elaborating th

4、e vector control principle in asynchronous motor. It introduces the computational method of rotor flux linkage and designed the visualizer for rotor flux linkage.This paper analyzes the working principles of magnetic flux regulator, torque regulator and RPM control and has designed all of them. Taki

5、ng DSP as the control core, it has also designed the hardware of the vector controlling system in the asynchronous motor and has written the software program.It has applied the SIMULINK tool software in MATLAB to carry on the simulation to the controlling system of the magnetic closed loop vector an

6、d give the simulation result and the analysis of the result.Key words: Asynchronous Motor Vector Control Digital Signal Processors目錄摘要 IAbstract II1 概述 11.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)要求 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 本設(shè)計(jì)的完成的主要工作 22 異步電機(jī)調(diào)速的基本理論 32.1 異步電機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型 32.1.1 異步電機(jī)三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式2.1.2 電壓方程 72.1.3 轉(zhuǎn)矩方程 92.1.4 運(yùn)動(dòng)方程 92.2 坐標(biāo)變換

7、 102.2.1 坐標(biāo)變換的基本思路 102.2.2 三相-兩相變換（3/2 變換） 122.2.3 靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2r/2s 換）2.3 異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)415172.3.1轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算 193 基于 DSP 芯片 TMS320F2812 的矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 DSP 芯片 TMS320F2812 223.2 主電路設(shè)計(jì) 23213.2.1 智能功率模塊設(shè)計(jì) 233.2.2 整流濾波電路的設(shè)計(jì) 243.3 控制電路設(shè)計(jì) 253.4 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 263.4.1 電壓檢測(cè)電路 263.4.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 263.4.3 電流檢測(cè)電路 273.5 保護(hù)電路 2

8、74 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 294.1 主程序設(shè)計(jì) 294.2 初始化程序設(shè)計(jì) 304.3 定子電流采樣程序設(shè)計(jì)4.4 速度采樣程序設(shè)計(jì) 324.5 SVPWM 中斷程序 335 Simulink 仿真及結(jié)果分析致 謝 38參考文獻(xiàn) 3931351 概述1.1 系統(tǒng)設(shè)的主要?jiǎng)?wù)要求異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于三相異步電機(jī)的交流調(diào)速技術(shù)的研究 123，本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有：（1）研究矢量控制系統(tǒng)的原理4。（2）研究 矢量控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。（3）分析矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)及軟硬件接口。）設(shè)計(jì) 矢量控制系統(tǒng)硬件電路（5）設(shè)計(jì)矢量控制系統(tǒng)的軟件流程。）對(duì)矢量控制的數(shù) 學(xué)模型進(jìn)行仿真分析5。1.2 國內(nèi)外究現(xiàn)狀矢量控

9、制理論是由美國和德國的科學(xué)家在二十世紀(jì)七十年分別提出的理論 56，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的補(bǔ)充和完善，使得矢量控制技術(shù)在工農(nóng)業(yè)各種生產(chǎn)應(yīng)用中 逐漸突出78。交流電機(jī)矢量控制技術(shù)就是建立電機(jī)可靠的數(shù)學(xué)模型，把定子電流矢量分解 為轉(zhuǎn)矩電流矢量和勵(lì)磁電流矢量，分別控制其方向和大小，使其合成變頻器的可控 有效信號(hào)9。此技術(shù)是建立在直流調(diào)速系統(tǒng)深入研究基礎(chǔ)上的仿直流調(diào)速系統(tǒng)， 它實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的直流化控制，進(jìn)而極大地提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定 性和易操作性。異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本思想是通過對(duì)變頻器參數(shù)的控制信號(hào) 的分析控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制，使得異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)獲得和直流調(diào)速 系統(tǒng)相似的控制方法

10、及控制效果。具體原理如下：首先將電流的坐標(biāo)變換，將定子 上的三相對(duì)稱電流、通過坐標(biāo)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 d-q 坐標(biāo)系下兩相直流電流（同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下， 始終保持 d-q 坐標(biāo)系中 d 軸與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向一致），即通過數(shù)學(xué)變換將三相交流電 機(jī)的電子電流分解為兩個(gè)分量：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的勵(lì)磁分量和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩分量，然后以控制電流電機(jī)的方式分別對(duì)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行單獨(dú)控制，再經(jīng)過變換方式把 控制的結(jié)果轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間變化的瞬間變量，所以系統(tǒng)控制頻率特性好、控制精度 高、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。總而言之，矢量控制技術(shù)的發(fā)展及完善極大地提高了工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平，并 減少了對(duì)環(huán)境的破壞，降低了對(duì)能源的損耗。1.3 本設(shè)計(jì)完成的要工作在設(shè)計(jì)中主要研究了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì)10、軟件設(shè)計(jì)、仿真分析1112控制方法做了詳細(xì)的論述和驗(yàn)證。 在本設(shè)計(jì)中可以分為理論研究、硬件設(shè)計(jì)、軟件流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)等幾個(gè)部分。采用 空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)13，使得系統(tǒng)的控制效果突出于傳統(tǒng)的控 制方法。本文所完成主要工作包括：（1）介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和控制方法的完善以及本系統(tǒng)研究的應(yīng)用背 景和意義。（2）對(duì)電