【正文】 5 交流調(diào)速概述 .............................................................. 5 相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展 .............................................................. 5 功率器件發(fā)展 .......................................................................................... 5 變頻技術(shù)發(fā)展 .......................................................................................... 6 電機(jī)制造技術(shù)和交流調(diào)速理論的發(fā)展 .................................................. 6 控制理論發(fā)展 .......................................................................................... 7 微處理器發(fā)展 .......................................................................................... 7 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向 .........錯(cuò)誤 !未定義書簽。采用 TMS320F2812 定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器為主控芯片，完成電流環(huán)、速度環(huán)，位置環(huán)的算法實(shí)現(xiàn)及其控制。此外，系統(tǒng)還具有鍵盤設(shè)定及顯示功能。 關(guān)鍵字 ： DSP2812； 空間電壓矢量控制；永磁同步電機(jī) 基于 DSP的永磁同步電機(jī)控制 第 4 頁 共 74 頁 Abstract As the rapid development of modern control technology power electronic technology and puter microchip technology, the speed of regulating technique, frequency control of motor speed, with its excellent speed regulating performance and advantages of high efficiency and energy saving effect ,has bee a development direction of ac speed regulating system both at home and abroad, using the latest developments of puter electronic technology at the present stage to apply mature motor control theory, and build into a plete system has been a hot spot of research in this area. This paper is based on the theory of motor vector control system model ,the motor control special DSP chip TMS320F2812 of TI pany as the core was designed,developed a set of digital frequency control of motor speed control system for permanent mag synchronous motor. DSP development software ,the installation and application of DSP chip 2812 structure characteristics ,and the space vector control theory of motor and PWM inverter technology presents are introduced in detail in this paper. Gives the system scheme of hardware and the main module design, including the selection of main control circuit and some device the space voltage vector SVPWM modulation method and the software programming based on DSP chip is given Key words: DSP2812 ； voltage space vector control； permanent mag synchronous moto華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 74 頁 1. 緒論 交流調(diào)速概述 在電力系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的 60%~70%。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)機(jī)因其調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以維護(hù)等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程中。國(guó)內(nèi)外直流傳動(dòng)裝置的生產(chǎn)呈下降趨勢(shì)，而交流變頻調(diào)速裝置的生產(chǎn)大幅度上升。隨著永磁電機(jī)控制技術(shù)的成熟和完善，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛：從小型到大型、從一般的控制驅(qū)動(dòng)到高精度的伺服系統(tǒng)、從日常電器到各種高精尖的科技領(lǐng)域均采用永磁電機(jī)作為主要的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段： 50 年代出現(xiàn)的半控型器件，由其構(gòu)成的逆變器用于交流調(diào)速系統(tǒng)必須附加強(qiáng)迫換向電路； 70 年代以后出現(xiàn)的本身兼有開通和關(guān)斷功能的全控型高速器件和復(fù)合型器件； 80 年代以后出現(xiàn)的智能功率模塊（ IPM）是微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它不但能提供一定的功率輸出，而且具有邏輯、控制、傳感、檢測(cè)、保護(hù)、自診斷等功能，是功率器件的重要發(fā)展方向。 SPWM 旨在輸出正弦電壓， CHBPWM 旨在輸出正弦波電流， SVPWM 是針對(duì)形成旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)提出的，所以比較適合于電機(jī)調(diào)速的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。交流電機(jī)克服了上述直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，因而逐漸取代直流電機(jī)，成為調(diào)速和伺服系統(tǒng)的主要執(zhí)行部件。開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需勵(lì)磁，控制策略易于實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)行。優(yōu)良的控制策略不僅能彌補(bǔ)硬件上的不足，而且能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的綜合性能。矢量控制思想的核心是將電機(jī)的三相電流、電壓、磁鏈從三相靜止坐標(biāo)系中變換到以磁場(chǎng)定向的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，從而實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間的解耦。經(jīng)典控制理論局限于對(duì) 單輸入和單輸出系統(tǒng)的分析，對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)無法進(jìn)行觀測(cè)和進(jìn)行定性、定量的分析。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是以被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，所以精確建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是至關(guān)重要的。模擬控制器具有以下優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)因峰值噪聲的影響導(dǎo)致致命的誤動(dòng)作；控制信號(hào)連續(xù)，響應(yīng)速基于 DSP的永磁同步電機(jī)控制 第 8 頁 共 74 頁 度快；信號(hào)易讀取、測(cè)量等。數(shù)字控制在傳動(dòng)領(lǐng)域中的推廣很大程度上取決于控制芯片的性能。其中TMS320F2812 是 32 位可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算的定點(diǎn)數(shù)字處理器，運(yùn)算速率達(dá)到 150MIPS，片上 RAM 達(dá) 18k 16bit，片內(nèi) Flash 達(dá) 128k 16bit ，可擴(kuò)展 RAM 達(dá) 1M 16bit，支持 45 個(gè)外部中斷，可擴(kuò)展 SPI、 SCI 、 eCAN 、 McBSP 等串行通訊外設(shè)，具有 128 位保護(hù)密碼、兩個(gè)電機(jī) 控制外設(shè)事件管理器和 16 路 12 位高精度 AD 轉(zhuǎn)換通道等豐富的資源，非常有利于高復(fù)雜、高精度控制策略的實(shí)現(xiàn)。 1971 年，由 F． Blaschke 提出的矢量控制理論第一次使交流電機(jī)控制理論獲得了質(zhì)的飛躍。 永磁交流伺服控制系統(tǒng) 永磁交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)如下： (1)電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是永磁同步電機(jī)將會(huì)取代原有直流有刷伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)及感應(yīng)電機(jī)。 永磁同步電機(jī)的控制策略 現(xiàn)代交流調(diào)速控制策略主要有：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、變壓變頻控制、轉(zhuǎn)差頻率控制等。矢量變換中的公共坐標(biāo)系 通常是建立在某一磁場(chǎng)（定子磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)或氣隙磁場(chǎng)）矢量的位置上，也就是由該磁場(chǎng)矢量確定的公共坐標(biāo)系，因此矢量變換控制也稱為磁場(chǎng)定向控制（ Field_Oriented Control，簡(jiǎn)稱 FOC）。 SVPWM 控制具有易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、電壓利用率高、開關(guān)頻率固定等優(yōu)點(diǎn)。因此數(shù)學(xué)模型的建立做以下假設(shè)：轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)在氣隙空間中為正弦分布 、 電樞繞組的反電勢(shì)波形為正弦 、 忽略定子的鐵心飽和，認(rèn)為磁路線性 、 不計(jì)鐵心和渦流損耗 、 轉(zhuǎn)子沒有阻尼繞組； 矢量控制中，電機(jī)的變量，如電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)和磁通等，均由空間矢量來描述，并通過建立電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到各物理量之間的關(guān)系，通過坐標(biāo)變換，在定向坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)各物理量的控制和調(diào)節(jié)。三相定子坐標(biāo)系定義如圖 21 所示。 圖 22 定子靜止坐標(biāo)系 （ 3） 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系 (dq 坐標(biāo)系 ) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上 (圖 )，其 d 軸位于轉(zhuǎn)子軸線上， q 軸超前 d 軸 900，空間坐標(biāo)以 d 軸與參考坐標(biāo) ? 軸之間的電角度 ? 確定。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，則兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 α， β軸上的投影也相等寫成矩陣形式得： 321112233022ABCiiN ii N i???? ???????? ????? ?????? ??????? () 考慮變換前后總功率不便，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為 3223 ?NN () 代入式（ ）得 ????????????????????????????????CBAiiiii232302121132?? () 令 2/3C 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 ????????????????2323021211322/3C () 如果三相繞組是 Y 型聯(lián)結(jié)不帶零線，則有 ] 0??? CBA iii ，代入式（ ）和式（ ）并整理后得 : 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 74 頁 ?????????????????????????BAiiii221032?? () 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時(shí)還可證明，它們也是磁鏈的變換。由于繞組匝數(shù)都相等，可以消去磁動(dòng)勢(shì)中的匝數(shù)，直接用電流表示。d???i?iqidis?)(ssiF1?q基于 DSP的永磁同步電機(jī)控制 第 14 頁 共 74 頁 寫成矩陣形式，得 式中 ?????? ??????cossincoscos22 srC () 是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣。 由于假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中呈正弦分布，根據(jù)圖 21 及圖 222 可知： ???????????????????????)3/4cos()3/2cos(cos?????????rCBA () 另外，對(duì)于星形接法的三相繞組，根據(jù)基爾霍夫（ Kirchhoff）定律有 0??? CBA iii () 聯(lián)合式（ ）、式（ ）和式（ ）整理可以得到： ???????????????????????????????????????????????????CBACBAssssssCBApiiipLRpLRpLRUUU???230002300023 （ ） 2） 永磁同步電機(jī)在 ??坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ??????????????