基于空间矢量的DSP变频控制Word格式文档下载.docx
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DSP
ABSTRACT
Withthedevelopmentofthenewelectronicdevices,digitalsignalprocessorsandmoderncontroltheory,themodernspeedcontroltechnology
Hasbeendeveloped.AsthePMSMwithsmalldimensions,lightweight,highperformance,highefficiencyandenergysaving,Etc,andithasbeenwidelyappliedinreallife,sotheresearchofthePMSMdrivesystemhaaimportantpracticalsignificance.
Thepapertakesthevectorcontrolalgorithmofmotorasthetheoreticalfoundation.First,itstudiesthePMSM’scomposingprinciple
andmathematicalmodel,thenanalysethebasicprinciplesandcontrolstrategyofvectorcontrol,anddiscussesthefeasibilityforthevectorcontrolsystemofPMSM.UsingFuji’sintelligentpowermoduleasmaincircuitcore,usingTi’sDSPchipTMS329F2812assystemcontrolcore,buildexperimentalhardwareplatform.TheuseofClanguageprogrammingachievesthemainprogram,interruptcontrolprocedureaswellastheothersubroutinedesign,coompletedthesystemsoftworedesign.
KeyWords:
Permanentmagnetsynchronousmotor;
Vectorcontrol;
目录
摘要................................................
ABSTRACT.............................................
1．概述............................................
2．本文内容的原理、所使用的具体方法...............
3．硬件描述.........................................
4．软件描述........................................
5．结果...........................................
6．结论.............................................
第1章概述
1.1研究内容的背景和意义
随着电力电子学、微电子学、迅猛传感技术、电机控制理论和微机控制技术的发展，尤其是先进控制策略的成功应用，交流驱动系统的研究和应用，自20世纪80年代末以来的短短二十几年间，取得了举世瞩目的进步，已具备了宽调速、高稳定速度以及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可以与直流驱动系统相媲美。
尤其是永磁同步电动机（PMSM）系统在技术上已趋于完全成熟，具有优良的性能。
对基于DSP的PMSM矢量控制系统进行研究具有如下重大意义。
PMSM矢量控制系统是一种高性能的交流伺服系统。
由于PMSM具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、转矩脉动小等优点，并且利用矢量控制思想PMSM容易实现线性的转矩电流特性，所以由PMSM构成的交流驱动系统能够达到很好的控制性能。
1.2空间矢量PWM技术的发展状况及其优点
传统的正弦脉宽调制（SPWM）技术是从电源的角度出发，其目的是如何生成一个可以调频调压的三相对称正弦波电源。
常规的SPWM已被广泛的应用于逆变器中，然而常规SPWM不能充分利用馈电给逆变器的直流电压。
80年代中期，德国学者H.W.VanDerBroek等在交流电机调速中提出了磁链轨迹控制的思想，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制，即SVPWM，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电机获得圆磁场。
采用空间矢量PWM算法可使逆变器输出线电压幅值最大达到Ud,比常规SPWM法提高了约15.47%，并且由于SVPWM有多种调制方式，所以SVPWM控制方式可以通过改变其调制方式来减少逆变器功率器件开关次数，从而降低功率器件的开关损耗，提高控制性能。
第2章永磁同步电机矢量控制原理
2.1矢量控制原理及其策略
电动机的调速关键是转矩的控制。
对于直流电机而言，其电磁转矩公式如下：
（1）
当励磁电流不变时，转矩与电枢电流Ia成正比。
采用补偿绕组后，电枢反应很小，不考虑磁路饱和的影响，主磁通只和励磁电流If成正比。
由于电磁转矩中的两个可控量Ia和If是相互独立的，所以转矩可以快速响应Ia的变化，控制好电枢电流Ia就等于控制好转矩Te,因此良好的动态性能是比较容易实现的。
矢量控制的目的是为了改善转矩控制的性能，而最终实施仍然是落实到对定子电流的控制上。
由于在定子侧的各物理量都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算均不方便。
因此，需借助于坐标变换，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系。
站在同步旋转的坐标系上观察，电动机的各空间矢量就都变成了静止矢量，在同步坐标系上的各空间矢量就变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各分量之间的关系，实时的计算出转矩控制所需的被控矢量的各分量值。
按这些定量实时控制，就能达到直流电动机的控制性能。
2.2系统的总体设计
图1永磁同步电机矢量控制框图
由上图可知，永磁同步电机矢量控制系统有以下几部分组成：
1.速度环，电流环PI调节器；
2.坐标变换模块；
3.SVPWM模块；
4.整流和逆变模块；
5.位置与速度检测模块。
第3章永磁同步电机驱动系统的硬件设计
整个硬件系统由主电路、驱动电路、控制电路和辅助电路四部分组成。
其中主电路由三相整流电路、智能功率模块逆变电路和永磁同步电机等组成；
驱动电路将DSP生成的6路PWM信号经过光耦隔离后驱动IPM功率逆变器件；
控制电路由TMS320F2812DSP控制芯片为核心，用来完成永磁同步的速度环和电流环的控制器算法的实现，空间矢量PWM波的生成等。
图2系统硬件结构图
3.1驱动电路的设计
图3IPM驱动电路
3.2采样电路的实现
（1）
图4交流电流采样电路
（2）
图5转速和位置的采样电路
3.3系统保护电路的设计
图6系统保护电路
第4章永磁同步电机驱动系统的软件设计
4.1软件结构的总体设计
系统软件主要由出初始化主程序和中断子程序两部分组成。
系统初始化模块主要完成系统寄存器的设置和变量的初始化工作；
而根据SVPWM的特点，定时器中断是下溢中断，主要工作是根据检测到的转子位置、转速、电流等信息进行速度控制、电流控制。
图7系统软件框图
4.2主程序的设计
主程序主要完成系统寄存器的初始化、开串口接收中断、启动系统、等待中断
的发生。
图7主程序流程图
4.3中断子程序的设计
中断子程序主要来完成系统的控制算法部分。
因此中断子程序是整个系统的软件的设计的核心。
在中断子程序中主要完成对电机的电流采样、速度采样、转子位置检测以及SVPWM调制算法的实现。
图8中断子程序流程图
第5章试验结果
下图是使用示波器观察到的A、B两相稳态电流波形，图片的上半部分为A相电流波形，下面为B相电流波形，其横坐标为时间轴，纵坐标为电流，其每一格的大小分别为10ms和10A。
理论上稳态时电流呈现出正弦周期规律变化。
图中A、B两相电流的波形正好验证了这一点。
第6章试验的结论
实验所得到的结果与在matlab/simulink仿真环境下得到的结果基本一致，验证了硬件电路及软件设计的合理性，也说明了本次永磁同步电机驱动系统的研究的正确性和可行性。
参考文献
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[2]章云，谢莉萍，熊红艳DSP控制器及其应用.机械工业出版社2001
[3]张振宇.基于DSP永磁同步电机伺服系统的研究哈尔滨工程大学硕士学位论文.2009
[4]郑泽东，李永东.永磁同步电机伺服控制系统的研究现状及其发展
[5]陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：
机械工业出版社2009
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