基于DSP和FOC控制算法的交流电机调速控制系统.pdfVIP

基于 DSP 和 FOC 控制算法的交流电机调速控制系统 柯玉军 张辉 （合肥工业大学 仪器仪表学院，合肥，230009） 摘要：现代电机控制的发展在提高性能、降低损耗、减少成本和其它不断出现的新的技术指标及特殊应用 上的要求越来越高，因此有许多新的复杂的控制算法产生。交流电机有许多直流电机所没有的优点，但是 对于交流电机的控制相对直流电机更为困难。而 DSP 的应用使得交流电机控制系统无论是在结构复杂程度、 成本和效率上都有很大改观。本文结合了交流感应电机的速度控制中较为有效的控制方法即磁场导向控制 （FOC）理论和 TI 公司的 DSP 控制器 TMS320LF2407 介绍了 DSP 在电机闭环控制中的应用。 关键词：电机控制 磁场定向理论 DSP 矢量控制 Speed Control System of AC Motor Based on DSP and FOC Algorithm Ke Yujun Zhang Hui (Hefei University of Technology, School of Instrumentation, Hefei, 230009) Abstract: Many complicated algorithms have been developed to adapt the high requests on costs, performance and other new standards with the development of motor control. And an AC motor has many advantages that DC motors don’t have, but its controllability is weak compared with the latter. The appearance of Digital Signal Processors leads the AC motor controlling system to be much better than ever on either the complexity of hardware structure, costs or efficiency. One of the most efficient motor control algorithms, the Field-Oriented Control (FOC), was introduced together with a motor control system built up with Texas Instrument’s DSP Tms320LF2407. Keywords: Motor Control FOC DSP Vector Control 1 引言 交流感应电机因为其很多优点如结构 牢固，运行稳健可靠，成本低廉和高效率等 而被广泛使用，但是交流电机的可控制性不 如直流电机，而在很多应用中有如精确定 位、转距控制、速度控制等要求。为了实现 这些功能和提高控制精度，需要采用闭环控 制系统和采用较为复杂、有效的控制算法， 这些复杂的控制方法中包含了大量的数据 运算及系统的适时性要求，对微处理器运算 能力和速度要求更高。传统方法在成本和性 能上已经很难满足人们的要求。随着电子技 术的发展，数字信号处理器的（DSP）应用 解决了处理器的运算能力和速度问题。一些 电机控制专用 DSP 如 TI 的 TMS320LF2407， 其中集成了电机控制的许多必要的外围器 件，如模数转换器、脉宽调制发生器和一些 专用逻辑电路，给开发更高性能价格比的控 制系统带来极大方便。 2 FOC 算法 2.1 算法原理 FOC 控制算法是一种矢量控制 [1][2][5] 算 法，其核心思想就是通过坐标变换的方法， 将交流电机的定子电流分解成用来产生磁 场的励磁电流分量和用来产生转矩的转矩 电流分量，分别进行控制，当控制励磁电流 使得转子磁通保持恒定时，电机的转矩将正 比于转矩电流，将异步电动机模拟成直流电 动机，从而获得与直流电动机一样良好的动 态调速特性。 2.2 算法实现过程 交流电机电源的三个相产生一个合磁 场，并以一定频率旋转。但由于三相电源的 各相所产生的磁场并不相互正交，这使得分 析起来相当麻烦，所以人们就将三相系统变 换到能产生相同磁场效果的二相系统中，即 坐标变换 [3][4][5] 。然后在二相系统中建立电 机的数学模型。 2.2.1 坐标变换