【正文】 由應(yīng)用可見，首先選擇電動機(jī)。設(shè)計(jì)出的只能前進(jìn)或者后退的原型車能夠達(dá)到23千米/時(shí)的速度。全部設(shè)備的總電路圖如圖13。在不同的速度條件下，記載從電池到轉(zhuǎn)換器的輸入電流。表6在不同的負(fù)載條件下的汽車讀數(shù)。在t=10秒時(shí)為一個(gè)階躍變化的波形閉環(huán)。第4章 驅(qū)動電動機(jī)直流無刷電動機(jī)被用在汽車上做驅(qū)動電動機(jī)。輸送到RC電路中的電流是不連續(xù)的。升壓轉(zhuǎn)換器的仿真輸出如圖8。直流無刷電動機(jī)的特性在表3中給出。12V/24V電池能提供12V電壓持續(xù)24小時(shí)，如果需要的額定安培是1，這以為這電池方便需要42小時(shí)。下一步，研究并且仿真電池。同時(shí)，如果增加額定電流，他們就必須并聯(lián)。當(dāng)溫度升高，模塊電壓顯著下降并且模塊電流逐漸降低。2V電壓的太陽能面板給電池充電。這項(xiàng)工作所需要的元件的額定值是是完全基于電動機(jī)的用途。電荷是由光伏面板整合而來并引導(dǎo)到輸出端以產(chǎn)生低電壓。通過這些非可再生能源的可靠性使這變得非常突出。單也存在不足，比如溫度會影響電阻的精度，而且電阻上有會有能量消耗，有可能會導(dǎo)致采樣不準(zhǔn)。逆變部分采用智能功率模塊SKIIP22NAB12T18減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，并提高了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。3. 轉(zhuǎn)矩越大，功率也就越大，但是同時(shí)也更耗電。如圖56(a)(b)(c)(d)所示。如圖53所示。任意瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。 MATLAB簡介MATLAB是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，其強(qiáng)項(xiàng)就是強(qiáng)大的矩陣計(jì)算。仿真技術(shù)是集控制論、系統(tǒng)理論、相似原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性高科技。3%（帶PG）。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī)，因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，它也不需要模仿直流電動機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時(shí)也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動機(jī)模型，因而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制，如果在系統(tǒng)中再設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，即可進(jìn)一步得到高性能動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制了。顯然，轉(zhuǎn)矩和磁鏈的偏差區(qū)分的越細(xì)，電壓矢量的選擇就越精確，控制性能也就越好。有的學(xué)者從模型參考自適應(yīng)理論出發(fā)，利用轉(zhuǎn)子磁鏈方程構(gòu)造了無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，只要選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)自適應(yīng)律，速度辨識器就可以比較準(zhǔn)確地辨識出電機(jī)速度。1987年，直接轉(zhuǎn)矩控制理論又被推廣到弱磁調(diào)速范圍。 直接轉(zhuǎn)矩控制由于矢量控制對電機(jī)參數(shù)變化的依賴性較大，特別當(dāng)電機(jī)參數(shù)變化較大時(shí)，難以保證動態(tài)過程完全解耦。仿照上述的計(jì)算方法，同理可推得Vref處于其它扇區(qū)時(shí)的開關(guān)矢量作用時(shí)間。PWM調(diào)制的基本原理是用若干個(gè)開關(guān)電壓矢量去逼近給定的參考空間電壓矢量 [14]。從頻率指令和定子端電壓指令后，其線路結(jié)構(gòu)和恒壓頻比控制方式相同。在磁通恒定時(shí)，不同頻率異步電機(jī)的機(jī)械特性硬度變化很小，所以在調(diào)速時(shí)氣隙磁通保持為恒定值至關(guān)重要。本文涉及的系統(tǒng)主要有過呀故障過流故障IGBT故障，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，故障信號就會被傳送到CPU,判斷是否關(guān)斷PWM波輸出。而母線電流的大小是判斷力矩大小和一個(gè)最直接的參數(shù)，因此可以通過檢測母線電流大小從而判斷力矩大小。具體電路如圖37。如果同一橋臂的高端和低端輸入信號同時(shí)為低電平，則輸入控制邏輯電路可關(guān)閉同一橋臂的高端和低端驅(qū)動輸出。本系統(tǒng)采用具有高度電絕緣(2500V)的霍爾電壓傳感器 HNV025A，HNV025A型是利用磁補(bǔ)償原理的一種霍爾電壓傳感器，能夠測量直流、交流以及各種波形電壓，同時(shí)在電氣上是高度絕緣的，其原理圖如圖34所示。但是,在利用光電耦合器的線性耦合直接對模擬信號進(jìn)行隔離傳輸時(shí), 由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級管和光敏三級管的伏安特性, 使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上比較小并且存在一定程度的非線性失真。6. 包含串行外設(shè)借口(SPI)、兩個(gè)串行通信端口(SCI)即標(biāo)準(zhǔn)的UART、增強(qiáng)的區(qū)域控制網(wǎng)(eCAN)及多通道緩沖串口(McBSP)。F2812具有高集成度，從而提供了整套的片上系統(tǒng)，同時(shí)降低了板級空間及系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)了更簡單、更高效和更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。3. 最大輸出頻率變頻器最大輸出頻率是決定調(diào)速范圍與衡量高速性能的指標(biāo)。同時(shí)又闡述了變頻調(diào)速的原理以及不同情況下變頻調(diào)速的機(jī)械特性。圖25 恒壓頻比控制特性2. 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速 這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況。圖24 基頻以下變頻調(diào)速機(jī)械特性但是,難于直接檢測盒直接控制。磁通太弱，貼心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動機(jī)的負(fù)載能力下降；磁通太強(qiáng)，則處于過勵磁狀態(tài)，使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負(fù)載分量，為使電動機(jī)不過熱，負(fù)載能力也要下降。由于大電容的平波作用，主電路的直流電壓比較平穩(wěn)。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用模擬控制或數(shù)字控制。3. 中間直流環(huán)節(jié)：由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。而交直交變頻器則是先把工頻交流點(diǎn)通過整流器變成直流電，然后把直流電變成頻率、電壓均可控的交流電，它又稱之為間接式變頻器。國內(nèi)雖然已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠家，但是由于國產(chǎn)廠家制造變頻器歷史及短，技術(shù)積累的比較少，所以一部分自動化行業(yè)對國產(chǎn)變頻器缺乏信心。但是直流調(diào)速系統(tǒng)需要有換向器，這使得對直流電機(jī)的維護(hù)量增大，最高轉(zhuǎn)速、使用環(huán)境以及單機(jī)容量等都受到限制。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果。第一階段：1. 八十年代初日本學(xué)者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量（或稱磁通軌跡法）。實(shí)際生產(chǎn)過程中，要滿足不同的工況，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠?qū)ω?fù)載實(shí)現(xiàn)快速的響應(yīng)，以保證企業(yè)生產(chǎn)效率的高效。要想實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)調(diào)速就首先需要知道交流電動機(jī)是如何獲得轉(zhuǎn)速的，只有在對轉(zhuǎn)速有一定的認(rèn)識的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)Ξ惒诫姍C(jī)的速度調(diào)節(jié)方式進(jìn)行合理的選擇。 DSP目錄摘要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 論文研究意義 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 論文的主要工作 4第2章 通用變頻器的結(jié)構(gòu)及工作原理 5 通用變頻器的基本結(jié)構(gòu) 5 電流型變頻器 6 電壓型變頻器 7 通用變頻器工作原理 7 本章小結(jié) 10第3章 通用變頻器的硬件電路和軟件設(shè)計(jì) 11 通用變頻器設(shè)計(jì)指標(biāo) 11 控制器的選型 12 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 13 主電路設(shè)計(jì) 13 信號采集電路的設(shè)計(jì) 14 電壓隔離采樣電路設(shè)計(jì) 14 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 16 電源電路的設(shè)計(jì) 17 檢測和保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 17 電源監(jiān)控電路 17 IGBT溫度監(jiān)測電路 18 母線電流和轉(zhuǎn)矩檢測電路 19 軟件結(jié)構(gòu) 19 本章小結(jié) 21第4章 通用變頻器控制算法研究 22 轉(zhuǎn)差頻率控制 22 空間矢量控制 22 SVPWM 的基本原理 22 SVPWM 的軟件實(shí)現(xiàn) 25 直接轉(zhuǎn)矩控制 25 本章小結(jié) 28第5章 通用變頻器建模及仿真分析 29 通用變頻器的建模 29 系統(tǒng)仿真的運(yùn)用 29 MATLAB簡介 29 仿真電路設(shè)計(jì) 30 變頻調(diào)速的仿真結(jié)果分析 32 本章小結(jié) 39總結(jié) 40致謝 42附錄A 43附錄B 5080第1章 緒論 論文研究意義直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標(biāo)。主要包括以下內(nèi)容：在已有通用變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了通用變頻器的工作原理，以及基本控制方式。以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812作為核心，設(shè)計(jì)了通用變頻器的硬件電路，其中包括信號采集電路、驅(qū)動電路、電源電路、保護(hù)電路。在很長的一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域基本上被直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。常見的異步電機(jī)主要有兩種形式分別是鼠籠與繞線型電機(jī)，轉(zhuǎn)速公式如下： (11)式中，p—電機(jī)磁極對數(shù)；f—供電工頻；s—電機(jī)轉(zhuǎn)差率。采用以 DSP 為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)控制精度高。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的。此外．它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配備轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場合帶來不便。而且，過去的電動機(jī)主要以提供動力為目的，進(jìn)行簡單的啟?？刂?，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展對其位置、轉(zhuǎn)矩、速度等參數(shù)進(jìn)行精確控制，使被驅(qū)動的機(jī)械運(yùn)動符合預(yù)想的要求。國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品能力弱，對國外公司的依賴很嚴(yán)重。本文的目的是研究通用變頻器，所以主要是交直交變頻器。無論電動機(jī)處于電動或者發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。因此，電壓源型變頻器無法實(shí)現(xiàn)回饋制動。異步電動機(jī)的氣隙磁通（主磁通）是定、轉(zhuǎn)子合成磁動勢產(chǎn)生的，下面說明怎樣才能使氣隙磁通保持恒定。當(dāng)和的值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如忽略不計(jì)，則可以近似地保持定子相電壓和頻率的比值為常數(shù)，即認(rèn)為=，保持/=常數(shù)即可。頻率有額定值向上增大，但電壓受額定電壓的限制不能再升高，只能保持=不變。第 3章 通用變頻器的硬件電路和軟件設(shè)計(jì) 通用變頻器設(shè)計(jì)指標(biāo)變頻器是一種新穎的可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速的裝置，衡量系統(tǒng)性能的技術(shù)指標(biāo)與傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)也有較大不同，如變頻器、伺服驅(qū)動器的速度調(diào)節(jié)總是連續(xù)的，故無需考慮平滑性指標(biāo)；而系統(tǒng)對指令的影響性能則反映了系統(tǒng)的跟蹤能力，因此，必須作為衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。對于同樣極對數(shù)的電機(jī)，頻率越高，可以達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速也越大；當(dāng)最低頻率不變時(shí)，其調(diào)速范圍也就越大。F2812有如下特點(diǎn)：1. 具有EVA、EVB兩個(gè)時(shí)間管理其，每個(gè)EV都有8個(gè)16位的脈沖調(diào)制通道，可以實(shí)現(xiàn)對外部時(shí)間定時(shí)的捕獲、16個(gè)通道A/D轉(zhuǎn)換、可編程PWM死區(qū)功能等。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)總系統(tǒng)以TI公司的TM320F2812DSP芯片為控制核心，設(shè)計(jì)相應(yīng)主電路、驅(qū)動電路采樣電路、保護(hù)電路等。由于光電耦合器件非線性的輸入輸出特性所限,一般來講, 光耦器件主要應(yīng)用于數(shù)字信號的隔離, 而較少用于模擬信號的隔離。測量時(shí)強(qiáng)、弱電隔離，避免用電阻分壓法測電阻方法帶來的電氣干擾，具有高過載容量、體積小、全封閉、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。如圖34 HNV025A外接電路輸出調(diào)理電路如圖35所示。除了提供死區(qū)之外，IR223J還有故障電路保護(hù)和欠壓保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)故障，便會輸出故障信號，且故障信號可有外部信號清除。圖37 供電電路 檢測和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)為保證系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，防止電路因?yàn)檫^熱、過載等問題而失控，造成經(jīng)濟(jì)損失。，圖中的DC為IGBT下橋臂與地之間的采樣電壓。具體中斷服務(wù)程序看流程圖312所示。磁通太弱，鐵芯不能充分利用，造成浪費(fèi)；磁通太強(qiáng)，使電機(jī)電流上升，異步電機(jī)發(fā)生過熱現(xiàn)象。該方式必須進(jìn)行閉環(huán)控制，因此常用于單機(jī)運(yùn)行，能得到恒定輸出特性，并且高低轉(zhuǎn)速時(shí)都能輸出較大轉(zhuǎn)矩。圖41 空間電壓矢量控制圖由圖41可以看出，參考空間矢量Vref可以由與之最接近的兩個(gè)開關(guān)電壓矢量合成。圖43 開關(guān)矢量作用時(shí)間分配圖 SVPWM的軟件實(shí)現(xiàn)通過上一節(jié)論述可知，只要得到了空間電壓矢量，就可以計(jì)算各開關(guān)矢量的作用時(shí)間，進(jìn)而確定各個(gè)橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間。為解決這個(gè)問題，前西德學(xué)者于1985年發(fā)明了直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(BandBand)產(chǎn)生PWM 波信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。2. 定子電阻變化的影響直接轉(zhuǎn)矩最核心的問題之一是定子磁鏈觀測，而定子磁鏈的觀測要用到定子電阻。4. 死區(qū)效應(yīng)的解決為了避免上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通造成直流側(cè)短路，有必要引入足夠大的互鎖延時(shí)，結(jié)果帶來了死區(qū)效應(yīng)。需要說明的是，直接轉(zhuǎn)矩控制的逆變器采用不同的開關(guān)器件，控制方法也有所不同。其他公司如日本三菱、日立、芬蘭VASON等最新的系列產(chǎn)品采取了類似無速度傳感器控制的設(shè)計(jì)，性能有了進(jìn)一步提高。雖然它才僅僅出現(xiàn)幾十年，卻在社會、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、軍事、教育和企業(yè)管理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。MATLAB不僅提供了基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還提供了一種交互式的高級編程語言—M語言，利用M語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法，開發(fā)相應(yīng)的MATLAB專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。每次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，也稱之為縱向換流。如圖53 調(diào)制波波形本文中，主要改變調(diào)制波波輸入頻率，不改變調(diào)制信號的采樣周期，通過信號波形的調(diào)制得到所期望的PWM波形。(a)20Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(b)15Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(c)10Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(d)5Hz時(shí)三相調(diào)制波波形 圖56各頻率載波圖像如圖57所示，調(diào)制信號不變時(shí)，隨著載波輸入頻率逐漸減小，周期增大，占空比逐漸減小。理論上，電機(jī)就是在一定范圍內(nèi)，能自動調(diào)節(jié)負(fù)載力矩（轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)速的關(guān)系。4. 根據(jù)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速