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TMS320F2812矢量变频调速系统设计
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2017-11-03
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现代交流传动系统中，随着矢量控制、直接转矩控制等控制方法的出现和应用，使交流传动系统的性能有了明显的改善，矢量控制技术作为交流调速的首选方案之一，近年来得到不断的完善和改进。由于矢量控制策略较复杂，由模拟或模拟数字混合的实现方案存在电路复杂、一致性差、零漂等问题，因此应用高性能的数字信号处理器组成数字化矢量控制系统是目前热点研究方向。TMS320F2812是一款专为电机控制而设计的最新的32位定点DSP芯片，由于它具有成本低、功耗小、数据处理能力强、程序存储量大、运算速度快等特点，且与现有的24x／240x系列DSP控制芯片代码兼容，因此成为现代交流调速控制系统的首选芯片。本文首先建立了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统的模型，并利用TMS320LF2812DSP为核心控制芯片设计了一套矢量变频调速系统，构建了该系统的实验平台，给出了系统的硬件和软件组成方案，并进行了实验，给出了实验结果，实验结果表明了整个控制方案的可行性及系统的稳定性。
1 系统的数学模型及控制原理
1．1 交流异步电动机数学模型
为了分析方便，先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。
在以上条件下，经过从静止到旋转坐标系的变换，得到转子磁场定向控制方程式如下：
其中：为漏磁系数，τr为转子时间常数，Rs、Rr为电机定转子电阻；Ls、Lr、Lm分别为定转子自感和互感；p是微分算子；Usd、Usq是定子电压在dq轴上的分量；isd、isq是定子电流在dq轴上的分量；ψsd、ψsq是定子磁链在dq轴上的分量。
1．2 交流异步电动机转子磁场控制原理
图1是异步电机转子磁场定向控制原理框图。利用空间矢量分析法，采用磁场定向将定子电流进行CLARK变换和PARK变换（矢量变换），得到在dq坐标系下的励磁反馈电流isd和转矩反馈电流isq，与给定励磁电流isdref和转矩电流isqref比较，再经过PARK逆变换输出在αβ坐标下的电压，用来决定空间矢量的PWM波形输出；速度反馈一方面用于与给定速度比较产生isqref，另一方面进入电流模型决定磁链的位置，并用于PARK和CLARK逆变换。通过采样电机三相电流，经过坐标变换转换到转子的同步坐标下，再经过电流环PI调节出适当的电压矢量，经过空间矢量发生器后去控制三相逆变器。这里在进行坐标变换时需要知道转子轴的位置，即图1中的角θ，它可根据（3）、（4）式通过定子电流矢量和电机转子时间常数来获得这一角度。
1 系统的数学模型及控制原理
1．1 交流异步电动机数学模型
为了分析方便，先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。
在以上条件下，经过从静止到旋转坐标系的变换，得到转子磁场定向控制方程式如下：
其中：为漏磁系数，τr为转子时间常数，Rs、Rr为电机定转子电阻；Ls、Lr、Lm分别为定转子自感和互感；p是微分算子；Usd、Usq是定子电压在dq轴上的分量；isd、isq是定子电流在dq轴上的分量；ψsd、ψsq是定子磁链在dq轴上的分量。
1．2 交流异步电动机转子磁场控制原理
图1是异步电机转子磁场定向控制原理框图。利用空间矢量分析法，采用磁场定向将定子电流进行CLARK变换和PARK变换（矢量变换），得到在dq坐标系下的励磁反馈电流isd和转矩反馈电流isq，与给定励磁电流isdref和转矩电流isqref比较，再经过PARK逆变换输出在αβ坐标下的电压，用来决定空间矢量的PWM波形输出；速度反馈一方面用于与给定速度比较产生isqref，另一方面进入电流模型决定磁链的位置，并用于PARK和CLARK逆变换。通过采样电机三相电流，经过坐标变换转换到转子的同步坐标下，再经过电流环PI调节出适当的电压矢量，经过空间矢量发生器后去控制三相逆变器。这里在进行坐标变换时需要知道转子轴的位置，即图1中的角θ，它可根据（3）、（4）式通过定子电流矢量和电机转子时间常数来获得这一角度。
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