DSP的矢量控制系统.docVIP

目 录 一 概述 1 二 异步电机矢量控制原理 3 三 异步电机矢量控制系统控制电路 7 3.1 主电路 9 3.2 控制系统硬件电路 11 3.2.1 SVPWM波形的产生 12 3.3 控制系统软件设计 14 四 工程实训心得 16 一 概述 电力拖动系统发展到今天，已经不单是电动机拖动系统，还必须与高性能的控制系统相结合来满足生产机械提出的各种工艺要求。随着人类社会文明的进步和发展，人们对现代工业及生活设备的性能要求也越来越高。在这样的环境下，性能优良的自动电力拖动系统是必不可少的。调速系统正是电机拖动技术和自动控制技术相结合的产物。 电气传动技术是以电机为控制对象，以微电子装置为控制核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统，以达到控制电机转速或转矩的目的。 电机控制系统主要分速度控制和位置控制两大类。传统的电气传动系统一般指速度控制系统,对于位置控制(伺服)系统，目前国际上较多采用运动控制这一名称。运动控制系统通过伺服驱动装置将给定指令变成期望的机构运动，一般功率较小，并有定位要求和频繁起制动的特点，在导航系统，雷达天线，数控机床，加工中心，机器人，打印机，复印机，磁记录仪等领域中得到广泛应用。而在此方面，直流电机由于控制简单而被广泛的使用。 1971年德国学者Blaschke和Hasse提出了对交流电动机可以进行矢量变换控制，这是一种新的控制思想、新的控制理论和新的控制技术。可以说，它的出现对交流电动机控制技术的研究具有划时代的意义.这种通过磁场定向构成的矢量变换交流闭环控制系统，其性能完全可以与直流系统相媲美。正因如此，随着电力电子、微电子、计算机技术和微控制器的发展，矢量控制技术得以迅速应用和推广。 自关断器件的发展为PWM技术铺平了道路。目前几乎所有的变频调速装置都采用这一技术。PWM技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。PWM逆变器有着不同的调制方法，日前流行的一种是SPWM(Sine PWM)，另一种较新的方法是SVPWM(SpaceVector PWM)。这些方法都己趋成熟，在实际中均有应用。 与此同时，电力电子器件正向高压，大功率，高频化，组合化和智能化方向发展。经过近几十年的不断努力，性能得到很大改善，成本还在下降。表现在应用矢量控制系统技术及现代控制理论V/F恒定、使用MCU的速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电机平滑调速的问题，如:三菱公司的MCU加IPM方案，在较多的空调制造业中使用。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出稳态值控制，完全不考虑过渡过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。交流电机是一个多变量，非线性的被控对象，过去的电压/频率控制都是从电机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果均不理想。20世纪70年代初提出的用矢量变换的方法研究电机的动态控制过程，不但控制各变量的幅值，同时控制其相位，并利用状态重构和估计的现代控制概念，巧妙地实现了交流电机磁通和转矩的重构和解藕控制，从而促进了交流电机控制系统走向实用化。目前国外用变频电源供电的异步电机己成功地采用矢量控制技术。此外，为解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制，电压定向控制和定子磁场定向控制等。尤其自从计算机用于实时控制之后，使得现代控制理论中各种控制方法得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制，可提高系统的动态性能，滑模变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面地提高系统的性能。 二 异步电机矢量控制原理 一般来说，异步电机矢量控制调速系统的控制方式是比较复杂的，要确定整个系统的最佳的控制方式，必须对系统动静态特性进行充分的研究。作为系统中的一个主要环节，异步电机的特性显得尤为重要，建立一个适当的数学模型是研究其动静态特性及其控制技术的理论基础。为了分析方便，一般对三相异步电机做如下理想化假定 (1)电机定转子三相绕组完全对称； (2)定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布； (3)磁饱和，涡流及铁心损耗忽略不计。 异步电机本质上是一个高阶，非线性，强涡合的多变量系统，其详细的数学推导过程和物理分析比较复杂。这里直接采用推导的结果，重写以任意速度(相对于a相绕组轴线)旋转的坐标系下的异步电机数学模型. 1.电压方程式：