【正文】 ，則T?TA2T??TQ=0，要求選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩減小。 式（58）()rRrjsLuisirr????????????該模型實(shí)際上是綜合了 i 一 n 模型和 u 一 i 模型的優(yōu)點(diǎn)，使得兩個(gè)模型平滑地切換。由式（225）可知 式（55）()uRidtss???寫成 分量形式為：??、 式（56）()uidtssR??????u－i 模型只有在被積分的差值較大時(shí)才能提供正確的結(jié)果。子程序和中斷服務(wù)模塊負(fù)責(zé)完成對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的估算，開(kāi)關(guān)量信息的捕捉，串行中斷程序、故障處理。典型應(yīng)用包括外部 I/O 或外部擴(kuò)展。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)24事件管理器中包括一些專用的脈寬調(diào)制(PWM)單元。工作電壓 ，減小了控制器的功耗。IGBT 的短路保護(hù)動(dòng)作閾值、保護(hù)盲區(qū)時(shí)間、軟關(guān)斷時(shí)間等參數(shù)可通過(guò)用戶保護(hù)參數(shù)設(shè)置單元靈活設(shè)置，也可以使用默認(rèn)值。無(wú)死區(qū)全橋模式應(yīng)用時(shí)，上下兩管可以同時(shí)導(dǎo)通，因此可用于電流型全橋電路的驅(qū)動(dòng)。（4）智能功率模塊（IPM）智能功率模塊是把與逆變管配套的驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路與保護(hù)電路以及某些接口電路等和功率模塊集成到一起的集成功率模塊。但迄今為止，其擊穿電壓和漏極最大飽和電流都較小，難以滿足多數(shù)變頻器的要求。逆變電路。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18圖 主電路整流及濾波電路整流電路的任務(wù)是把三相交流電變換成直流電?！? 家用電器：數(shù)字電視、高清晰度電視（HDTV） 、高保真音箱、電子玩具、數(shù)字電話等?，F(xiàn)在世界上的 DSP 芯片有 300 多種，生產(chǎn) DSP 的公司有 80 多家，主要廠家有 TI 公司、AD 公司、Lucent 公司、Motorola 公司和 LSI Logic 公司。那時(shí)的 DSP 僅僅停留在教科書上，即便是研制出來(lái)的 DSP 系統(tǒng)也是用分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅限于軍事、航空航天部門。根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少是輸入帶限信號(hào)最高頻率的 2 倍，在實(shí)際應(yīng)用中一般為 4 倍以上。8 個(gè)電壓矢量在復(fù)平面的空間分布如圖 所示。其中A、B、C 為三相定子繞組軸線，d、q 為等效兩相電機(jī)模型軸線。系統(tǒng)的強(qiáng)耦合非線性特性就是由 余弦函數(shù)矩陣表達(dá)出來(lái)sr、的。設(shè) 為兩相繞組平行時(shí)的互感，繞組漏感為 。由于這些因素都是同時(shí)變化的，在數(shù)學(xué)模型中就含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)，這樣一來(lái)，即使不考慮磁路飽和等因素，數(shù)學(xué)模型也是非線性的；第三，異步電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)三相電源，磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時(shí)進(jìn)行的，為了獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，還希望對(duì)磁通施加某種控制，使它在動(dòng)態(tài)過(guò)程中盡量保持恒定，才能發(fā)揮出較大的轉(zhuǎn)矩。 它 不 需 要 將 交 流 電 動(dòng) 機(jī) 化 成 等 效直 流 電 動(dòng) 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(dòng) 機(jī) 的 控 制 ， 從 而 也 不 需 要 為 解 耦 而 簡(jiǎn) 化 交 流 電 動(dòng) 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(duì) 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(cè) 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(dòng) 機(jī) 模 型 ， 因 而 能 方 便 地 實(shí) 現(xiàn) 無(wú) 速 度 傳 感 器 控 制 。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，矢量控制系統(tǒng)可以分為帶速度反饋的控制系統(tǒng)和不帶速度反饋的控制系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電力傳動(dòng)領(lǐng)域正在發(fā)生著交流調(diào)速代替直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)代替模擬控制技術(shù)的革命。本文正是針對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了一些研究。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1徐 州 師 范 大 學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論 文 題 目： 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器 直接轉(zhuǎn)矩控制統(tǒng)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本文從異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，根據(jù)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制原理中電壓矢量的選擇方法，推導(dǎo)了一個(gè)優(yōu)化的電壓矢量選擇表。 交流異步電機(jī)的控制策略分類V/F 控制當(dāng)前異步電機(jī)調(diào)速總體控制方案中，V/F 控制方式是最早實(shí)現(xiàn)的調(diào)速方式。矢量控制變頻器可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)和控制，自動(dòng)改變電壓和頻率，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電機(jī)控制靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。智能控制在經(jīng)典和各種近代的控制理論基礎(chǔ)之上提出的控制策略都有一個(gè)共同點(diǎn)即控制算法都依賴于電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，但當(dāng)模型受到參數(shù)變化和擾動(dòng)作用影響時(shí)，如何進(jìn)行有效的控制，使系統(tǒng)仍能保持優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能，便是人們需要研究的一個(gè)大課題。在異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，一般采用的數(shù)學(xué)模型都是基于理想的電機(jī)模型。由于定轉(zhuǎn)子m L折算后繞組匝數(shù)相等，認(rèn)為 ，則：定子三相繞組的自感1=2mL；轉(zhuǎn)子三相繞組的自感 ；ALLBC???a2bcm??（2）非對(duì)角線元素為定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組之間的互感和定轉(zhuǎn)子繞組之間的互感。這就是異步電機(jī)控制非線性的根源所在。由此物理模型，可推導(dǎo)得到任意速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電機(jī)的狀態(tài)方程為：電壓方程式(2 一 14): 式（214）q1d2URipsdsqirrpq????????????—磁鏈方程式(2 一 15)： 式（215）Liisdmrdqqiirsd???????電磁轉(zhuǎn)矩方程式(2 一 16)： 式（216）()Tniiepsqsq??—機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程式(2 一 17)： 式（217）JdeLntp??將式（215）代入（214）式中，得： +k km+k k=+r r +r rRLLpLU issmd sdLRp pq qipRrmLLR???? ?? ?? ?? ?? ?? ??? ??—（ ） （ ）（ ） （ ） 式（218）式中 d、q 系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度=kp??當(dāng) 時(shí)為同步旋轉(zhuǎn) d、q 系統(tǒng)；當(dāng) 時(shí)為定子靜止坐標(biāo)系統(tǒng)。利用電0su壓逆變器的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)，正確地選擇電壓空間矢量不斷切換電壓狀態(tài)，使定子磁鏈逼近圓形，并通過(guò)零電壓矢量的穿插調(diào)節(jié)來(lái)改變轉(zhuǎn)差頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩同時(shí)按要求快速變化。數(shù)字信號(hào)處理一般是用 DSP 芯片和在其上運(yùn)行的實(shí)時(shí)處理軟件對(duì)輸入數(shù)字信號(hào)按照一定的算法進(jìn)行處理，然后將處理后的信號(hào)輸出給 D\A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D\A 轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和平滑濾波后得到連續(xù)的模擬信號(hào)。世界上第一片單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811，在這之后，最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù) TI 公司 1982 年推出的 DSP 芯片。TI 公司作為 DSP 生產(chǎn)商的代表，生產(chǎn)的品種很多，大約占市場(chǎng)份額的 60%。※ 通信：糾錯(cuò)/譯碼、自適應(yīng)均衡、回波抵消、同步、分散接收、數(shù)字調(diào)制/ 解調(diào)軟件無(wú)線電和擴(kuò)頻通信等。本系統(tǒng)屬于中、小容量變頻器，整流器可采用不可控整流二極管成的橋式全波整流，再經(jīng)大容量電解電容 C，構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波，為逆變器提供恒定的直流電壓。逆變電路的功能是在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下把直流電變換到幅值恒定、頻率可調(diào)的三相交流電，由功率器件和驅(qū)動(dòng)電路組成。（3）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）IGBT 是 MOSFET 和 BJT 結(jié)合的產(chǎn)物，主體部分與晶體管相同，但驅(qū)動(dòng)部分卻和場(chǎng)效應(yīng)管相同。本系統(tǒng)是中、小型系統(tǒng)采用 IGBT 作為逆變?cè)Ｍㄟ^(guò) DC/DC 輔助開(kāi)關(guān)電源，可得到四路相互獨(dú)立的 24V電壓輸出，于四片驅(qū)動(dòng)芯片的供電。獨(dú)立或互鎖設(shè)定光耦隔離D C / D C驅(qū)動(dòng)用戶保護(hù)參數(shù)設(shè)置4 路隔離驅(qū)動(dòng)輸出輸入雙路P W M 信號(hào)輸出互補(bǔ)故障信號(hào)控制電源1 5 1 8 V圖 驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖GNDV11V12AohAo1GND12/15V5V輸入PWM故障輸出主板電源D A 8 4 1 H D4214214214211 5 — 1 8 VJ 1 0 1J 1 2J 4 2J 2 2J 3 2J 11 0 0 K1 0 0 K1 0 0 K1 0 0 K圖 應(yīng)用連接圖徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22 控制回路設(shè)計(jì)控制電路控制電路由 DSP 控制板及其外圍電路組成，主要完成信號(hào)檢測(cè)、控制算法實(shí)現(xiàn)、逆變器 PWM 波形輸出等功能。高速運(yùn)算能力， 30MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 33ns，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。例如:一個(gè)可編程的死區(qū)單元和一個(gè)用于三相電機(jī)的空間向量 PWM 狀態(tài)機(jī)，它們可以在功率三極管開(kāi)關(guān)過(guò)程中提供最大的效率。串行通訊接口(SCI)提供了通用全雙工的異步接收 /發(fā)送(UART)通信模式，可與 PC 機(jī)串口、打印機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)器件通訊，可采用 RS 一 232 一 C 協(xié)議。由于是模塊化的編寫程序，所以應(yīng)在充分理解直接轉(zhuǎn)矩的控制原理與步驟的基礎(chǔ)上進(jìn)行程序的編寫。其誤差是由定子電阻 的存在引起的。所以 u－n 是一個(gè)全速范圍的定子磁鏈觀測(cè)模型。若 ，則 TQ=1，要求選用電壓2??空間矢量使轉(zhuǎn)矩增大。若器件開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)仍然取較小的 ，T??、則滯環(huán)也就失去了意義，系統(tǒng)也可能會(huì)出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。我們沿逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⒍ㄗ哟沛湹奈恢脛澐譃榱鶄€(gè)扇區(qū)： , 如圖 。③串行通信接口的軟件配置，通過(guò)串行通信接口通信控制寄存器(SCICCR)、串行通信接口控制寄存器(SCICTLI)和串行通信接口波特率寄存器(SCIHBAUD 和 SCILBAUO)這些控制寄存器來(lái)初始化所需的串行通信接口通信格式，包括操作模式、協(xié)議、波特率、字符長(zhǎng)度、奇/偶效驗(yàn)位等。主程序框圖如圖 。（2） 通過(guò)解耦的異步電動(dòng)機(jī)對(duì)其兩個(gè)電流分量分別進(jìn)行控制從而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的控制。感謝本專業(yè)的老師們的幫助和支持，他們?yōu)槲覀儬I(yíng)造了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、進(jìn)取的學(xué)習(xí)氛圍，感謝他們對(duì)我們所遇到的各種問(wèn)題的熱情解答。最后，我還要感謝我的家人，尤其是我的父母。（4） 設(shè)計(jì)硬件電路和軟件框圖，將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際控制中來(lái)。(1)開(kāi)關(guān)量信息的捕捉:控制面板設(shè)定開(kāi)關(guān)量信息(如啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)加速、點(diǎn)動(dòng)減速和復(fù)位)時(shí)，同時(shí)給一定一個(gè)低電平信號(hào)，使TMS320LF2407A 的 XINT1 和 XINT2 外部引腳拉低至少 6 個(gè)或 12 個(gè)時(shí)鐘周期CLKOUT，這樣才能被 CPU 認(rèn)可。⑤對(duì)事件管理模塊 EVA 或 EVB 的設(shè)置的內(nèi)容很多，主要包括:定時(shí)器 4 的設(shè)定，全比較 PWM 單元的設(shè)定，PWM工作方式的設(shè)定，死區(qū)時(shí)間的設(shè)計(jì)和 QEp 工作方式的設(shè)定等等。磁鏈位置的具體判別方法如表 51：徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31ψβ ψα 扇區(qū)Ψα＞|Ψ|/2 θ2|Ψ|/2＜ψα＜|Ψ|/2 θ1＜0ψα＜|Ψ|/2 θ6Ψα＜|Ψ|/2 θ5|Ψ|/2＜ψα＜|Ψ|/2 θ4＜0Ψα＞|Ψ|/2 θ3表 51 電壓矢量選擇表綜合以上轉(zhuǎn)矩控制量 TQ，磁鏈控制量 ，和磁鏈位置 ，可以正確的選Q??擇合適的電壓矢量 ，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。也因此引出了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的兩種形式:一種是由德國(guó) 教授提出的基于正六邊形磁鏈軌跡控制的直接轉(zhuǎn)矩控制及其改進(jìn)算法；一種是由日本學(xué)者 I,Takahashi 提出的基于準(zhǔn)圓形磁鏈軌跡控制的直接轉(zhuǎn)矩控制及其派生算法。|2T??A對(duì)磁鏈控制的原則與轉(zhuǎn)矩控制類似，首先計(jì)算磁鏈誤差 ：?A*??A式中， 磁鏈給定值； 磁鏈實(shí)際值，由磁鏈觀測(cè)器得出。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在 u－i 模型下，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在 i－n徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28模型下。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，優(yōu)于其它方法。?磁 鏈 滯 環(huán)轉(zhuǎn) 矩 滯