基于DSP的异步电机矢量控制.docx
基于DSP的异步电机矢量控制sunjuan导语：介绍了一种以TI公司的TMS320F2812为核心的基于矢量控制变频调速系统设计，描绘了各硬件功能单元的组成构造和设计特点，并给出了设计方案和软硬件的设计方法。摘要：矢量控制是一种高性能的沟通电机控制方法，具有控制转矩小，电流谐波成分少等优点。本文介绍了一种以TI公司的TMS320F2812为核心的基于矢量控制变频调速系统设计，描绘了各硬件功能单元的组成构造和设计特点，并给出了设计方案和软硬件的设计方法。关键词：异步电机；矢量控制；电流调节DSP-basedvectorcontrolofasynchronouselectromotorMaZhaoxunYangGuowei(HarbinJiuzhouElectricCo.,LTD.Haerbin150081Heilongjiang)Abstract：VectorcontrolisahighperformanceACmotorcontromethord.Withtheadvantageofsmallcontroltorque,smallcurrentharmonicsandsoon.ThispaperintroduceasystemdesignthatbasedonvectorcontrolVVVFtoTIsTMS320F2812asthecore,descriptionofthehardwarefunctionalunitofthestructureanddesignfeatures,andgivesthedesignproposalanddesignmethodsofhardwareandsoftware.Keywords：asynchronouselectromotor；vectorcontrol；currentRegulator1.引言近年来随着电力电子学的飞速开展，各种新型大功率半导体器件，如IGBT的出现，使电力电子器件正朝着大容量、高频、易驱动、低损耗、智能模块化的方向开展，促使沟通传动得到了飞速开展。它已经进入与直流传动相竞争的阶段，并有取而代之的趋势。相对于直流电机而言，沟通电机构造简单、价格低廉、运行可靠，沟通电机控制理论、微型计算机技术、十分是电力电子技术的飞速开展，促使高性能沟通变频调速技术得到了极大开展，在消费、生活的各领域都有广泛应用。数字信号处理器(简称DSP)是当前迅速开展的一种具有特殊构造的微处理器，它集微电子学、数字信号处理、计算机技术三门学科于一体。DSP的内部构造采用程序总线和数据总线分开的哈佛构造，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操纵，所以可快速地实现各种数字信号处理算法，适用于实时控制。2.异步电机矢量控制原理矢量控制通过将电机的电流、电压、磁链等量变换到同步坐标系中实现电机转矩和磁通的解耦控制，进而实现快速的转矩响应及较高效率的运行。这种方法同时对沟通量的幅值和相位进展控制，因此叫做矢量控制。矢量控制模拟了直流电机的换向器保持磁通和电枢磁动势垂直的机理，使沟通电机的控制性能到达直流电机的程度。异步电机矢量控制根据所采用的坐标系定向方向的不同可分为转子磁场定向、定子磁场定向及气隙磁场定向矢量控制。定子磁场定向矢量控制固然磁通和转矩的解耦不完全，但是可以通过前馈补偿的方法实现解耦控制。由于定子磁场定向控制直接控制定子磁通，这使得它可以最大限度地利用母线电压和逆变器的电流输出才能，更适于弱磁场合下的控制。气隙磁场定向的矢量控制采用了可以通过传感器直接测量的气隙磁链，而且电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，更合适处理饱和效应，但是其磁通和转矩的解耦也不完全，控制略显复杂。转子磁场定向的矢量控制，励磁电流和转矩电流的解耦最完全，因此在异步电机的矢量控制中得到了广泛的应用。3.硬件控制电路局部本系统的控制芯片采用TI公司最新的数字信号处理器TMS320F2812，一款专门在电机及其他运动控制领域中应用的专用DSP芯片。整个系统采用交直交变压变频电路。主电路由整流桥、滤波电路及智能模块组成的逆变电路组成。控制电路以DSP芯片TMS320C2812为核心，构成功能齐全的控制电路。电流检测电路由接在逆变桥输出端的霍尔传感器电路组成，相电压检测电路为霍尔传感器电路。接口电路主要是指键盘和显示电路以及内存扩展电路。在设计此系统的硬件电路时，采用模块化的芯片减少复杂的外围电路。从电机模型可以得出并用前馈的方法加以补偿，而转速调节器的扰动需要负载转矩观测才能进展补偿；电流调节器的性能指标在开关频率和电机参数确定后便可确定，而速度调节器对于不同的应用场合可能希望有不同的指标。因此，一般产品的电流调节器的设计都是内置的，只有转速调节器可供用户根据不同应用要求进展人工调节。4.矢量控制中的电流调节异步电机中，无论是电磁转矩还是磁场均受控于电机的定子电流，可以以为定子电流的控制效果直接影响调速系统的性能。由于电流调节与磁通、转矩调节本质上是一样的，因此很多情况下这两大调节环节经常合并在一起，并不严格区分。实际控制系统中根据不同要求，经常需要简化或者组合，而且电流调节器的任务是选择正确的电压矢量。选择定子电流作为控制变量的根本原因是，在进展磁场定向时，电磁转矩和磁通解耦后直承受控于定子电流的转矩分量与磁通分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁通。另外，电流调节器在一定意义上可看成具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或者反电势造成的动态行为，使控制系统的阶数降低，同时也降低了控制环节的复杂性。5.控制系统软件设计此系统中对感应电机的所有控制都是通过DSP芯片TMS320C2812的软件来实现的。软件程序由主程序和定时器下溢中断子程序组成。主程序的工作是初始化，将外部输人的频率调节比转换成角频率，根据U/f曲线确定参考电压的幅值。中断子程序的工作是在每一个PWM周期里，计算出下一个PWM周期的三个比拟存放器的比拟值，并送到比拟存放器中。6.结论本文以异步电机作为控制对象，将矢量控制技术应用于异步电机的调速系统中。矢量控制比以往的V/F控制要进步得多十分加上编码器进展速度反应，它可以完成力矩控制，且低速性能也大大改观。通用变频器通常都采用SPWM控制方式，通过实时计算来生成SPWM波，实时计算对控制器的运算速度要求非常高，而DSP是知足这一要求的性价比最理想的控制器，设计的控制器对电机的转速具有较快的相应速度、较强的抗扰动才能，获得了令人满足的控制效果。参考文献1陈伯时.电力拖动自动控制系统M.第3版.北京:机械工业出版社,2003.2张宏伟,陈亮,徐光芒.DSP芯片的原理与开发应用M.3版.北京:电子工业出版社,2004.3陈伯时,陈敏逊.沟通调速系统M.北京:机械工业出版社,1998.4李永东,李明才.感应电机高性能无速度传感器控制系统回首、现状与展望J.电气传动,2004,34(1):4-10.5KangBP,JuJL.Slidingmodecontrollerwithfilteredsignalforrobotmanipulatorsusingvirtualplanlt/controllerJ.Mechatroonics,1997,7(3):277-286.6WuR,DewanSB,SlemonGR.AnalysisofanACtoDCVoltageSouceConverterUsingPWMwithPhaseandAmplitudeControlJ.IEEETrans.OnIndustryApplications,1991,27(2):255-364.0
