資料介紹
現代交流傳動系統中,隨著矢量控制、直接轉矩控制等控制方法的出現和應用,使交流傳動系統的性能有了明顯的改善,矢量控制技術作為交流調速的首選方案之一,近年來得到不斷的完善和改進。由于矢量控制策略較復雜,由模擬或模擬數字混合的實現方案存在電路復雜、一致性差、零漂等問題,因此應用高性能的數字信號處理器組成數字化矢量控制系統是目前熱點研究方向。TMS320F2812是一款專為電機控制而設計的最新的32位定點DSP芯片,由于它具有成本低、功耗小、數據處理能力強、程序存儲量大、運算速度快等特點,且與現有的24x/240x系列DSP控制芯片代碼兼容,因此成為現代交流調速控制系統的首選芯片。本文首先建立了按轉子磁場定向的異步電機矢量控制系統的模型,并利用TMS320LF2812DSP為核心控制芯片設計了一套矢量變頻調速系統,構建了該系統的實驗平臺,給出了系統的硬件和軟件組成方案,并進行了實驗,給出了實驗結果,實驗結果表明了整個控制方案的可行性及系統的穩定性。
1 系統的數學模型及控制原理
1.1 交流異步電動機數學模型
為了分析方便,先對三相異步電機做如下理想化假定:1)、電機定轉子三相繞組完全對稱;2)、定轉子表面光滑,無齒槽效應,定轉子每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布;3)、磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計。
在以上條件下,經過從靜止到旋轉坐標系的變換,得到轉子磁場定向控制方程式如下:
其中:為漏磁系數,τr為轉子時間常數,Rs、Rr為電機定轉子電阻;Ls、Lr、Lm分別為定轉子自感和互感;p是微分算子;Usd、Usq是定子電壓在dq軸上的分量;isd、isq是定子電流在dq軸上的分量;ψsd、ψsq是定子磁鏈在dq軸上的分量。
1.2 交流異步電動機轉子磁場控制原理
圖1是異步電機轉子磁場定向控制原理框圖。利用空間矢量分析法,采用磁場定向將定子電流進行CLARK變換和PARK變換(矢量變換),得到在dq坐標系下的勵磁反饋電流isd和轉矩反饋電流isq,與給定勵磁電流isdref和轉矩電流isqref比較,再經過PARK逆變換輸出在αβ坐標下的電壓,用來決定空間矢量的PWM波形輸出;速度反饋一方面用于與給定速度比較產生isqref,另一方面進入電流模型決定磁鏈的位置,并用于PARK和CLARK逆變換。通過采樣電機三相電流,經過坐標變換轉換到轉子的同步坐標下,再經過電流環PI調節出適當的電壓矢量,經過空間矢量發生器后去控制三相逆變器。這里在進行坐標變換時需要知道轉子軸的位置,即圖1中的角θ,它可根據(3)、(4)式通過定子電流矢量和電機轉子時間常數來獲得這一角度。
1 系統的數學模型及控制原理
1.1 交流異步電動機數學模型
為了分析方便,先對三相異步電機做如下理想化假定:1)、電機定轉子三相繞組完全對稱;2)、定轉子表面光滑,無齒槽效應,定轉子每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布;3)、磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計。
在以上條件下,經過從靜止到旋轉坐標系的變換,得到轉子磁場定向控制方程式如下:
其中:為漏磁系數,τr為轉子時間常數,Rs、Rr為電機定轉子電阻;Ls、Lr、Lm分別為定轉子自感和互感;p是微分算子;Usd、Usq是定子電壓在dq軸上的分量;isd、isq是定子電流在dq軸上的分量;ψsd、ψsq是定子磁鏈在dq軸上的分量。
1.2 交流異步電動機轉子磁場控制原理
圖1是異步電機轉子磁場定向控制原理框圖。利用空間矢量分析法,采用磁場定向將定子電流進行CLARK變換和PARK變換(矢量變換),得到在dq坐標系下的勵磁反饋電流isd和轉矩反饋電流isq,與給定勵磁電流isdref和轉矩電流isqref比較,再經過PARK逆變換輸出在αβ坐標下的電壓,用來決定空間矢量的PWM波形輸出;速度反饋一方面用于與給定速度比較產生isqref,另一方面進入電流模型決定磁鏈的位置,并用于PARK和CLARK逆變換。通過采樣電機三相電流,經過坐標變換轉換到轉子的同步坐標下,再經過電流環PI調節出適當的電壓矢量,經過空間矢量發生器后去控制三相逆變器。這里在進行坐標變換時需要知道轉子軸的位置,即圖1中的角θ,它可根據(3)、(4)式通過定子電流矢量和電機轉子時間常數來獲得這一角度。
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