【正文】 （ 3） 調用電機模型子運算程序。無論采用那種控制方案，都是通過轉矩和磁鏈兩個控制器來共同控制逆變器開關狀態(tài)，以使電機定子磁鏈在沿給定軌跡（正六邊形或準圓形 )運動的同時，實現(xiàn)電機轉矩的高動靜態(tài)性能。其結構分別如圖 1 15 所示。通過轉矩兩點調節(jié)來控制電壓空間矢量的工作狀態(tài)和零狀態(tài)的交替出現(xiàn)，來控制定子磁鏈的旋轉速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉速度，從而改變磁通角的大小，以達到控制電動機轉矩的目的。模數(shù)轉換的最大總轉換時間是 s，基準電壓 (05V)由外部提供。它集 DSP 的信號高速處理能力和適用于電機控制的外圍電路于一體，為電機控制系統(tǒng)數(shù)字化設計提供了一個理想的解決方案，在電機數(shù)字控制中得到廣泛的應用 [20]。目前對DSP 爆炸性需求的時代已經來臨，前景十分廣闊。輸入信號經過帶限濾波后，通過 A/D轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號。 無死區(qū)全橋模式應用時，上下兩管可以同時導通，因此可用于電流型全橋電路的驅動。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。本系統(tǒng)設計的主電路如圖 7： 13 圖 7 主電路 整流及濾波電路 整流電路的任務是把三相交流電變換成直流電。式（ 213)的異步電動機的數(shù)學模型是建立在三相靜止 A、 B、 C坐標系上的，現(xiàn)在把它變換到任意二相旋轉 d、 q坐標系上，比原來的模型簡單。 4 ABCabcAiuaiuiBbibuCi Cu cicu 圖 1 恒轉矩負載下異步電動機在三相靜止坐標系上的多變量數(shù)學模型 電壓方程 定子三相繞組的電壓平衡方程為： 111dAU i RAA dtdBU i RBB dtdCU i RCC dt???????????????? ???? 21 轉子三相繞組折算到定子側的 電壓平衡方程為： 222daU i Raa dtdbU i Rbb dtdcU i Rcc dt???????????????? ???? 22 把上面兩個式子寫成矩陣形式，并用 p 代替微分算子得到： 0000010 0 0 0 010 0 0 0 010 0 0 0 020 0 0 0 02000002UiRA A ARB B BUiRC C CpRa a aU R ib b bRUic c c??????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? 23 5 向量表示為： u Ri p??? 式中 UUUA B C、 、 為三相定子電壓； U U Uabc、 、 為三相轉子電壓； iiiA B C、 、為三相定子電流； i i iabc、 、 為三相轉子電流； 12RR、 分別為定轉子電阻；A B C???、 、 為三相定子磁鏈； abc? ? ?、 、 為三相轉子磁鏈。將直接轉矩控制和矢量控制進行對比，單從原理上分析，直接轉矩控制和矢量控制 沒有太大的區(qū)別。 直 流電機存在結構復雜，使用機械換向器和電刷，使它具有難以克服的固有的缺點，如造價高、維護難、壽命短、存在換向火花和電磁干擾，電機的最高轉速、單機容量和最高電壓都受到一定的限制，所以交流電機得以進入更多的領域并得到迅猛發(fā)展 [2]。 本科畢業(yè)設計 題 目 感應電機無速度傳感直接 轉矩控制系統(tǒng)的設計 教學單位 電子電氣工程系 學生學號 20xx95014076 編 號 DQ20xxDQ076 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。交流變頻調速以其優(yōu)異的調速和起、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被國內外公認為最有前途的調速方式，成為當今節(jié)電、改善工藝流程以及提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。 直接轉矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標系下計算與控制電動機的磁鏈和轉矩，獲得轉矩的高動態(tài)性能。 磁鏈方程 每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和與六個繞組的磁鏈方程可以矩陣表達 式為： =L L L L L iA B A C A a A b A cAAL L L L L L iB B A B B B C B a B b B c BiL L L L L LCCC A C B C C C a C b C ciL L L L L LaaaA aB aC aa ab aciL L L L L LbbbA bB bC ba bb bciL L L L L Lccc A c B c C c a c b c c????????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ???? ? ?? ? ?? ? ???? ? ?? ? ? ???LAA????? 24 向量表示 為： Li?? 上式中 L 是 6 6電感矩陣，現(xiàn)對矩陣元素分析如下： 對角線元素 A A B B CC a a b b c cL L L L L L、 、 、 、 、為各繞組的自感；與電機繞組相交鏈的磁通有兩類：一類是只與某一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通；另一類是穿過氣隙的主磁通。 8 ABCdq ?1?2? 圖 2 異步電機坐標模型 該電機模型已經由實踐所證實，圖 2 顯示了它的坐標模型。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，再經大容量電解電容 C，構成的濾波環(huán)節(jié)進行濾波，為逆變器提供恒定的直流電壓。 （ 3） 絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT） IGBT 是 MOSFET 和 BJT 結合的產物 ，主體部分與晶體管相同，但驅動部分卻和場效應管相同。通過 DC/DC 輔助開關電源，可得到四路相互獨立的 24V 電壓輸出，于四片驅動芯片的供電。根據(jù)采 樣定理，采樣頻率至少是輸入帶限信號最高頻率的 2 倍，在實際應用中一般為 4 倍以上。現(xiàn)在世界上的 DSP 芯片有 300多種，生產 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。 （ 4） TMS320LF2407A 具有如下的結構特點： 采用了高性能的靜態(tài) CMOS 制造技術，使得該 DSP 具有低功耗和高速的特點。 22 串行外設接口 (SPI)是高速的同步串行 I/O 口，用于 DSP 與外部設備或其它控制器間同步數(shù)據(jù)通訊，支持 125 種不同的波特率，例如系統(tǒng)時鐘 SYSCLK 是10MHz，波特率的范圍是 : 到 。 定子磁鏈觀測器 ui 定子磁鏈觀測器模型 用定子電壓和定子電流來確定定子磁鏈的方法叫“ ui”模型法。 FT01 T2T?2T?01F? ?2??2?? 圖 14 轉矩控制器 圖 15 磁鏈控制器 對轉矩控制，首先計算轉矩給定值 *T 與轉矩實際值 T 之差 T? ： *T T T?? 式中 : *T 一轉矩給定值，可以單獨給定，也可以由速度調節(jié)器的輸出得出； T 一轉矩實際值，由轉矩觀測器得出。磁鏈位置的判斷以及電壓矢量的選擇 [27]。 （ 4） 調用調節(jié)器子程序：需要調用調節(jié)器子程序包括電流調節(jié)器子程序、轉矩調節(jié)器子程序、磁鏈調節(jié)器子程序和零狀態(tài)調節(jié)器子程序，從而分別給出電流調節(jié)信號、轉矩調節(jié)信號、磁鏈調節(jié)信號和零狀態(tài)信號。本系統(tǒng)需要測量的電機 3 個定子端電壓和 2個定子相電流。在功率器件開關頻率較高的中小功率領域，后者占據(jù)了優(yōu)勢地位。 26 磁鏈和轉矩的控制 在直接轉矩控制系統(tǒng)中，轉矩控制和磁鏈控制可以分別通過一個滯環(huán)比較器來實現(xiàn)。在實際運行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分利用電動機鐵芯；轉子磁鏈幅值由負載決 定；要改變電動機轉矩的大小，可以通過改變磁通角s? 的大小來實現(xiàn)。 TMS320LF2407A 中有 16 個模擬輸入通道，其中每個模數(shù)轉換器有 8 個輸入通道，并且 TMS320F2407A 有兩個二級 FIFO 結果寄存器用于存放轉換結果。 20 TMS320LF2407A 是美國 TI(TexasInstruments)公司專為數(shù)字電機控制而推出的一種定點 DSP，是基于 TMS320CZ 雙型 16 位定點數(shù)字信號處理器 (DSP)的新型 DSP控制器系列的首批成員。第五代 19 產品與第四代產品相比，系統(tǒng)集成度更高，將 DSP 芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上，這種集成度極高的 DSP 芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手，而且逐漸滲透生活的各個方面，并 逐漸成為電子產品更新?lián)Q代的決定性因素。 抗 混 疊濾 波 器A / D轉 換 器數(shù) 字 信號 處 理器D / A 轉 換器平 滑 濾波 器X （ t ） X （ n ） Y （ n ）圖 11 數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖 圖 11 中，輸入信號可以是語音信號、傳真信號，也可以是視頻信號，還可以是傳感器（如溫度傳感器）的輸出信號。普通全橋應用時，上下兩管信號互鎖，用戶可以設置死區(qū)時間，確保不直通。此外，控制電路所需的驅動功率極小。 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 AP C 機故障檢測與保護驅 動電 路P W M輸 出電 流 測 量 電 壓 測 量M 圖 6 系統(tǒng)硬件結構框圖 主電路的設計 直接轉矩控制系統(tǒng)的主電路采用交一直一交電壓型變頻器結構，由整流電路、限流電路、濾波電路、能耗制動電路和逆變電路這幾個部分組成的 [12]。 011220srsrd i d Lu R i L id t dLLTTrT n i i n ie p pL?????? ? ? ???????? ????? ????? ?? ??? ?????? 213 由式 (213)可知異步電動機的數(shù)學模型比較復雜，本質上因為異步電動機是高階、非線性、多變量和強耦合的系統(tǒng)，我們希望通過坐標變換使之簡化。 、渦流及鐵芯損耗均忽略不計。將電機輸出轉矩作為直接控制對象，通過控制定子磁場向量控制電機轉速。 voltage vector selection table III 目 錄 1 緒 論 ...................................................................................................................... 1 概述 ............................................................................................................... 1 交流異步電機 的控制策略分類 ................................................................... 1 2 異步電機數(shù)學模型和電壓空間矢量 ..................................................................... 3 異步電動機的數(shù)學模型 ............................................................................... 3 電壓空間矢量 ..............