TMS320F2812矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，隨著矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等控制方法的出現(xiàn)和應(yīng)用，使交流傳動(dòng)系統(tǒng)的性能有了明顯的改善，矢量控制技術(shù)作為交流調(diào)速的首選方案之一，近年來得到不斷的完善和改進(jìn)。由于矢量控制策略較復(fù)雜，由模擬或模擬數(shù)字混合的實(shí)現(xiàn)方案存在電路復(fù)雜、一致性差、零漂等問題，因此應(yīng)用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器組成數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)是目前熱點(diǎn)研究方向。TMS320F2812是一款專為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的最新的32位定點(diǎn)DSP芯片，由于它具有成本低、功耗小、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、程序存儲(chǔ)量大、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，且與現(xiàn)有的24x／240x系列DSP控制芯片代碼兼容，因此成為現(xiàn)代交流調(diào)速控制系統(tǒng)的首選芯片。本文首先建立了按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的模型，并利用TMS320LF2812DSP為核心控制芯片設(shè)計(jì)了一套矢量變頻調(diào)速系統(tǒng)，構(gòu)建了該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，給出了系統(tǒng)的硬件和軟件組成方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了整個(gè)控制方案的可行性及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及控制原理
　　1．1 交流異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型
　　為了分析方便，先對(duì)三相異步電機(jī)做如下理想化假定：1）、電機(jī)定轉(zhuǎn)子三相繞組完全對(duì)稱；2）、定轉(zhuǎn)子表面光滑，無(wú)齒槽效應(yīng)，定轉(zhuǎn)子每相氣隙磁動(dòng)勢(shì)在空間呈正弦分布；3）、磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計(jì)。
　　在以上條件下，經(jīng)過從靜止到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，得到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制方程式如下：
　　其中：為漏磁系數(shù)，τr為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，Rs、Rr為電機(jī)定轉(zhuǎn)子電阻；Ls、Lr、Lm分別為定轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)控制原理
　　圖1是異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制原理框圖。利用空間矢量分析法，采用磁場(chǎng)定向?qū)⒍ㄗ与娏鬟M(jìn)行CLARK變換和PARK變換（矢量變換），得到在dq坐標(biāo)系下的勵(lì)磁反饋電流isd和轉(zhuǎn)矩反饋電流isq，與給定勵(lì)磁電流isdref和轉(zhuǎn)矩電流isqref比較，再經(jīng)過PARK逆變換輸出在αβ坐標(biāo)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(chǎn)生isqref，另一方面進(jìn)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(jī)三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子的同步坐標(biāo)下，再經(jīng)過電流環(huán)PI調(diào)節(jié)出適當(dāng)?shù)碾妷菏噶?，?jīng)過空間矢量發(fā)生器后去控制三相逆變器。這里在進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)需要知道轉(zhuǎn)子軸的位置，即圖1中的角θ，它可根據(jù)（3）、（4）式通過定子電流矢量和電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)來獲得這一角度。