基于TMS320F2808的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn).doc

基于TMS320F2808的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn) 基于TMS320F2808的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)霍俊東,等基于TMS320F2808的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn):xx210220霍俊東1,任一峰1,趙敏2(1.中?大學(xué),太原030051;2.?京茨浮測控技術(shù)研究所,?京101101)摘要:介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原?,給出了以TMS320F2808為核心的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計方案和軟件實(shí)現(xiàn),進(jìn)而對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)?了實(shí)驗(yàn)。 同時,磁鏈觀測和轉(zhuǎn)速PI的積分的離散化為軟件程序設(shè)計帶來了很大的方?。 實(shí)驗(yàn)波形表明,系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能,所提方案是可?的。 關(guān)鍵詞:直接轉(zhuǎn)矩控制;TMS320F2808;感應(yīng)電機(jī):TM346;TP273文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A:100126848 (xx)09xx7203TheDigitalR ealizationofDirectTorqueControlSyste mforInduction MotorBasedonTM S320F2808HUO Jun2dong1,REN Yi2feng1,ZHAOM in2(1.North Universityof China,Taiyuan030051,China;2.Academy ofBeijing ServoTechnology,Beijing101101,China)Abstract:The paperintroduced theprinciple ofdirect torquecontro,l gavethe softwaredesign ofthe directtorquecontrol systemfor asynchronousmotorbased onTMS320F2808.The discretizationof integrationforthe fluxand thePI ofspeed wasgiven conveniencefor programdesign.The resultshows thatthe systemhavegood staticand dynamicperformances,and thescheme isfeasible.K eyWords:Direct torquecontro;l TMS320F2808;Induction motor0引言隨著控制?論、電?電子技術(shù)的迅速發(fā)展,交流調(diào)速技術(shù)也得到了飛躍性的發(fā)展。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),是繼矢?控制技術(shù)之后出現(xiàn)的又一種交流電機(jī)高性能調(diào)速技術(shù)。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)以其簡單的控制思想、簡潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)、優(yōu)良的靜動態(tài)性能得以迅速發(fā)展。 在直接轉(zhuǎn)矩控制中需要進(jìn)?大?的運(yùn)算,對整個系統(tǒng)的實(shí)時性和快速性要求較高。 本文采用TMS320F2808作為控制器1。 1直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)的基本思想是在準(zhǔn)確觀測定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準(zhǔn)確計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的條件下,通過控制電動機(jī)的瞬時輸入電壓來控制電機(jī)定子磁鏈的瞬時旋轉(zhuǎn)速度,來改變它對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差率,達(dá)到直接控制電機(jī)輸出的目的223。 在DTC中,通過park變換,使我們可以在A-B兩相靜止坐標(biāo)系下分析感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)U-I模型,可得到定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩,然后經(jīng)過轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán),與給定值進(jìn)?比較,利用查表得到的PWM逆變信號,直接控制主回?逆變器的開關(guān)狀態(tài),從而實(shí)時地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。 2直接轉(zhuǎn)矩控制的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)通過U-I電壓模型來觀測定子磁鏈4U=Q(u s-i sR s)dt (1)其中,積分的時間為采樣周期T s。 在DSP中需要對式 (1)進(jìn)?離散化U(k+1)=(u s-i sR s)*T s+U(k) (2)忽略定子電流對磁鏈的影響可得U(k+1)=u*s T s+U(k) (3)該算法中需要給定定子磁鏈的幅值,因此給定值的選取至關(guān)重要,其推導(dǎo)如下5:三相感應(yīng)電機(jī)定子每相繞組的感應(yīng)電勢為#77#xx?第43卷第9期E l=4144f1N1K N1U m (4)其中f1為定子供電電源頻率,N1K N1為定子繞組等效匝數(shù),U m為每極氣隙磁通?。 定子每相磁鏈的幅值為U s-phase UN1K N1U m (5)根據(jù)電機(jī)學(xué)?論,可知U s=32U s-phase U32N1K N1U m=32E14144f1 (6)由式 (6)可得在220V,50H z供電時定子磁鏈的幅值U s約為1Wb。 電磁轉(zhuǎn)矩的計算式:T e=32Pn(U Ai B-U Bi A) (7)其中,P n是電機(jī)的極對數(shù)。 轉(zhuǎn)矩的給定值是轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)器給出的,比較給定速度n1與實(shí)測轉(zhuǎn)速n,通過PI調(diào)節(jié)得到轉(zhuǎn)矩的給定值,使形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 給定速度就是希望達(dá)到的轉(zhuǎn)速。 為了避免產(chǎn)生超調(diào),采用分離表達(dá)式:T=K p(n1-n)+qK iQ(n1-n)dt (8)q表示為:q=0n1-ne01n1-ne0 (9)其中e0為n1和n差值的限定值。 當(dāng)差值大于e0時,也就是速度偏差比較大時,此時q=0,去掉了積分環(huán)節(jié),因此輸出轉(zhuǎn)矩?會立刻變很大;當(dāng)差值大于e0時,q=1,比例和積分一起作用于系統(tǒng)。 將式 (8)利用梯形逼近法離散化可得:T(k)=K pe(k)+qK iT se(k)+e(k-1) (10)其中e(k)=n1(k)-n(k),e(k-1)=n1(k-1)-n(k)將式 (1)和式 (8)中的積分離散化,為直接轉(zhuǎn)矩程序的設(shè)計帶來了很大的?捷。 3系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)計是系統(tǒng)的核心部分,在此系統(tǒng)軟件程序的執(zhí)?過程中,須完成速度的采集,直流母線電壓的采集,三相定子電流的采集及其處?,定子磁鏈的滯環(huán)模塊,轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)模塊,轉(zhuǎn)速PI的調(diào)節(jié),電壓矢?開關(guān)表的建立,最后輸出最為合適的電壓矢?627。 此執(zhí)?過程要在一個采樣周期內(nèi)完成,該系統(tǒng)的采樣周期Ts為011ms。 直接轉(zhuǎn)矩控制算法的DSP程序結(jié)構(gòu)大致分為兩部分:主程序和中斷服務(wù)程序。 其中主程序主要完成對系統(tǒng)的初始化,全局變?的定義,子函數(shù)的聲明,相應(yīng)中斷的開啟,定時器T0的設(shè)置及循環(huán)等待等工作,主程序流程圖見圖1。 圖1主程序流程圖中斷服務(wù)程序包括定時器T0中斷程序和TZ中斷服務(wù)程序。 系統(tǒng)初始化后,進(jìn)入中斷等待,?定時器T0產(chǎn)生下溢中斷,進(jìn)入中斷服務(wù)子程序執(zhí)?直接轉(zhuǎn)矩控制算法。 首先,轉(zhuǎn)換上一次啟動AD時測?的兩相電流、直流母線電壓,之后要對測得的電壓和電流進(jìn)?3-2變換,讀取eQEP單元檢測到的速度值。 然后根據(jù)式 (3)、式 (7)、式 (10)分別得到定子磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩給定值。 判斷磁鏈差值和轉(zhuǎn)矩差值是否超過設(shè)定的容差,通過滯環(huán)比較單元輸出所需的開關(guān)狀態(tài),?新PWM信號。 之后返回至主程序的中斷等待狀態(tài)。 當(dāng)硬件電?檢測到過流,過壓時進(jìn)入TZ中斷服務(wù)程序,立即封鎖PWM信號的輸出,其作用是保護(hù)電?,以免損壞器件,造成損失。 定時器T0中斷服務(wù)子程序流程圖如圖2所示:圖2中斷服務(wù)程序流程圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)對象為一臺550W,4極的三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī),定子Y型連接,額定電壓為380V,額定電流為116A,額定轉(zhuǎn)速n=1400r/min,定子電阻R s=2138。 在聯(lián)機(jī)調(diào)試的過程發(fā)現(xiàn),當(dāng)電機(jī)定子磁鏈給#78#基于TMS320F2808的感應(yīng)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)霍俊東,等定值為1Wb時,電機(jī)的抖動比較大,分析其原因是直接轉(zhuǎn)矩控制中開關(guān)頻率?恒定,f50H z,通過?斷的調(diào)試參數(shù),當(dāng)給定磁鏈值為0175Wb是電機(jī)較平穩(wěn)的運(yùn)?。 通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),定子電流對磁鏈還是有一定的影響,考慮上定子電流,磁鏈的脈動較小,因此定子磁鏈的觀測還是用式 (2)?為精確。 由圖3,圖4可知,定子磁鏈在啟動很短時間內(nèi)就達(dá)到給定值0175Wb左右,定子磁鏈軌跡為圓形,說明對定子磁鏈的控制效果?錯達(dá)到了預(yù)期的效果。 由圖5,圖6可知,轉(zhuǎn)速大約在012s達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速600r/min,且平穩(wěn)運(yùn)?;同時電機(jī)以很大的轉(zhuǎn)矩啟動(這?我們對轉(zhuǎn)矩在軟件上做了限幅處?),且當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定參考轉(zhuǎn)速后,輸出轉(zhuǎn)矩開始減小且逐漸達(dá)到給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。 由圖7可以看出,定子兩相電流較接近正弦波,且保持較好的相位關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。 5結(jié)語實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)對電機(jī)參數(shù)的依賴性小且有著良好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能,?于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制。 下一步的工作就是利用模型參考自適應(yīng)(MARS)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的辨識,最終實(shí)現(xiàn)無速度傳感器異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速。 參考文獻(xiàn)1蘇奎峰.TMS320x28xxx原?與開發(fā)M.?京:電子工業(yè)出版社,xx.2謝寶昌.電機(jī)的DSP控制技術(shù)及其應(yīng)用M.?京:?京航空航天大學(xué)出版社,xx.3李夙.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制M.?京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.4陳伯時.電?拖動自動控制系統(tǒng)M.?京:機(jī)械工業(yè)出版社,xx.5