基于DSP的感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究

1、基于DSP的感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究    關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī);空間矢量調(diào)制;磁場(chǎng)定向控制 高性能的傳動(dòng)系統(tǒng)中,控制變量包括電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)矩,矢量方法是必須的。矢量表示相應(yīng)三相變量的瞬時(shí)值。從所有三相定子電流中獲得定子電流矢量,相反地,從電流矢量也可以決定所有的三相電流。矢量控制算法中按照控制算法控制三相電動(dòng)機(jī)變量的空間矢量。這樣的一種方法是傳動(dòng)系統(tǒng)瞬態(tài)期間保持轉(zhuǎn)矩控制連續(xù)性的基礎(chǔ)。 矢量控制技術(shù),是在傳動(dòng)的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)運(yùn)行條件下,獨(dú)立地調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和所選擇的磁通而設(shè)計(jì)的,因此空間矢量控制(SVPWM)技術(shù)較常見(jiàn)的恒V/F控制,調(diào)速性能有大大的進(jìn)步。在電動(dòng)

2、機(jī)控制中矢量控制系統(tǒng)比標(biāo)量控制系統(tǒng)更復(fù)雜?？偸且捎秒妷?電流傳感器,且對(duì)高水平性能的交流傳動(dòng)系統(tǒng),轉(zhuǎn)速和位置傳感器也是必須的。 1、矢量控制的基本思路 在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流iA, iB,iC通過(guò)三相-兩相坐標(biāo)變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流,再通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)變換,可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流im和it。如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)軸一起旋轉(zhuǎn),他所看到的便是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。通過(guò)控制,可使交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通等效直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通,則繞組M相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組,im相當(dāng)于勵(lì)磁電流,繞組T相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組,it相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。如圖所示,圖1為Cla

3、rke變換,即將三相平面坐標(biāo)系向兩相平面直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換;圖2為Park變換,即將兩相靜止直角坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換。兩種變換遵循以下規(guī)則: (1)應(yīng)遵循變換前后電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效。 (2)應(yīng)遵循變換前后兩個(gè)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)功率不變。 2、帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 異步交流電動(dòng)機(jī)的速度FOC控制過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為以下過(guò)程。首先通過(guò)光電編碼器得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,并與速度參考輸入比較。送給速度環(huán)PI控制器,其中I*sd、I*sq分別為參考信號(hào)的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量。再把定子相電流ia、ib檢測(cè)出來(lái)送到Clarke Trans模塊,得到電流信號(hào),。這兩個(gè)變量作為輸入變量送往Park T

4、rans模塊,將其變換到d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中,得到的,分別與參考信號(hào)I*sd和I*sq比較并進(jìn)行PI控制。得到的輸出量送往Inverse Park Trans模塊,得到坐標(biāo)系中的輸出量和?？臻g矢量SVPWM模塊根據(jù)這2個(gè)輸入量計(jì)算實(shí)際PWM信號(hào)的占空比,輸出正確的PWM信號(hào),驅(qū)動(dòng)逆變器。值得注意的是無(wú)論P(yáng)ark變換還是Park逆變換,都需要知道轉(zhuǎn)子磁鏈的位置。 3、矢量控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用DSP和IPM組合的方式實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)上由兩塊電路板構(gòu)成,一塊是強(qiáng)電部分的功率板,另一塊是弱電部分的DSP控制板。 其中控制器選用美國(guó)TI公司的電機(jī)數(shù)字化控制專用處理器TMS320LF2407A 芯片

5、,用來(lái)PWM產(chǎn)生、控制、電流檢測(cè)、通信等。 系統(tǒng)的功率主回路采用交-直-交電壓電路。功率主回路主要由整流電路、濾波電路、逆變電路(IPM)組成。IPM電路作為功率開關(guān)器件,具有體積小、穩(wěn)定性高、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。整流電路采用整流橋堆,濾波電路采用電容串聯(lián)方式,以提高其耐壓性能。功率回路與控制的弱電部分采用變頻器專用光耦TLP559進(jìn)行電氣隔離。矢量控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。 3.1 DSP控制板 TMS320LF2407A為核心的高性能開發(fā)板,為數(shù)字馬達(dá)控制提供的資源有:TI公司的TMS320LF2407A控制芯片。IEEE1149.1JTAG接口對(duì)系統(tǒng)仿真和對(duì)FLASH ROM編程。 采用

6、74LVTH245芯片作為I/O口電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動(dòng)電路,使 5V系統(tǒng)與 3.3V系統(tǒng)連接。 外擴(kuò)一片64K字的零等待的靜態(tài)RAM IS61LV6416作為程序空間和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展。電源系統(tǒng)采用2片LM1117分別為DSP系統(tǒng)和A/D供電,另外采用一片LM431為A/D。提供參考電壓。外擴(kuò)一片74LS138譯碼器復(fù)用DSP的數(shù)據(jù)總線和地址總線。 3.2 電流檢測(cè)與過(guò)流保護(hù)電路 過(guò)流保護(hù)電路是為了避免IPM中的IGBT過(guò)流而發(fā)生損壞,是整個(gè)變頻系統(tǒng)的重要保護(hù)。同時(shí)這個(gè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)變頻器的輸出電流。線性電流傳感器IR2175是為了將電流信號(hào)從電機(jī)的高端驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換到低端驅(qū)動(dòng)電路而設(shè)計(jì)的,這樣,得到的電流

7、信號(hào)就能夠方便的用控制電路來(lái)進(jìn)行處理。它的模擬輸入信號(hào)是串聯(lián)在相繞組回路中的取樣電阻上的壓降(本設(shè)計(jì)取樣電阻的阻值為0.015)。隨著電機(jī)相電流的變化,取樣電阻上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的交流電壓信號(hào)以作為IR2175的輸入。它的輸出是頻率為130kHz、以地為參考、占空比隨電流大小變化的PWM數(shù)字信號(hào),經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后,PWM信號(hào)將被轉(zhuǎn)換成以地為參考點(diǎn)的信號(hào)。 結(jié)論 通過(guò)對(duì)矢量控制理論的深入研究、以及硬件設(shè)計(jì)、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。本課題是基于DSP感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究,在試驗(yàn)中采用的是三相交流異步電機(jī)(型號(hào)是DJ26:額定電壓380V、額定功率1.5KW、額定電流4A、頻率50Hz、極對(duì)數(shù):2極、Y形接法)。測(cè)量?jī)x器采用RIGOL DS5202CA 200MHz數(shù)字示波器。對(duì)矢量控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在10Hz及30Hz的輸出線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)精度和快速的響應(yīng)速度。        參考文獻(xiàn) 1.陳伯時(shí),陳敏遜。交流調(diào)速系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社