【文章內(nèi)容簡介】 eL n dtpLsrLTTrT n i i n ie p p Lrs?????????????? ? ???????????????????????????? ?????????? ??? 式（ 213） 由式 (2 一 13)可知異步電動機的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，本質(zhì)上因為異步電動機是高階、非線性、多變量和強禍合的系統(tǒng)，我們希望通過坐標(biāo)變換使之簡化。式 （ 2一 13)的異步電動機的數(shù)學(xué)模型是建立在三相靜止 A、 B、 C 坐標(biāo)系上的，現(xiàn)在把它變換到任意二相旋轉(zhuǎn) d、 q 坐標(biāo)系上，比原來的模型簡單。 ABCdq ?12? 圖 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 該電機模型已經(jīng)由實踐所證實，圖 。其中 A、 B、 C為三相定子繞組軸線， d、 q 為等效兩相電機模型軸線。由此物理模型，可推導(dǎo)得到任意 速度旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電機的狀態(tài)方程為： 電壓方程式 (2 一 14): q1d1q22U R i p psd s sd sd sU R i p psq s sq sq sU R i p prd r rd rd rU R i p prq r rq rq rd? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?????? ???? ????????———— 式（ 214） 磁鏈方程式 (2 一 15)： L i L isd s sd m rdL i L isq s sq m rqL i L ird r rd m sdL i L irq r rd m sq????????????? ???? ???? 式（ 215） 電磁轉(zhuǎn)矩方程式 (2 一 16)： ()dT n i ie p sq s sd sq??? — 式（ 216） 機電運動方程式 (2 一 17)： JdTTeL n dtp??? 式（ 217） 將式（ 215）代入（ 214）式中，得： + k k m+k k m= + k r k r +k r k r rR L p L L p LUis s s msd sdL R L p L L psq sqs s s mL p L R L p Lrd rdm m r r mrq rqL L p L R L pm m r r????? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???—（ ） （ ）（ ） （ ） 式（ 218） 式中 =k p?? d、 q系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度 當(dāng) =k1??時為同步旋轉(zhuǎn) d、 q 系統(tǒng)；當(dāng) =0k? 時為定 子靜止坐標(biāo)系統(tǒng)。 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 =r p?? 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度 1? 同步旋轉(zhuǎn)角速度，即定子角頻率 = = 2 k r 1p? ? ? ? ?（ ） 轉(zhuǎn)差角速度 sR 定子電阻 sL 定子電感 rR 轉(zhuǎn)子電阻 rL 轉(zhuǎn)子電感 pn 極對數(shù) mL 定轉(zhuǎn)子互感 J 轉(zhuǎn)動慣量 eT 電磁轉(zhuǎn)矩 LT 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 p 微分算子 下標(biāo) s、 r 分別表示定子、轉(zhuǎn)子側(cè)的物理量。 從電機統(tǒng)一理論可知，在靜止坐標(biāo)系上的異步電動機的等值電路如圖 所示。 i sR sL rLrisu sp? rp?mL rRrj??rj?? 圖 對于鼠籠式異步電機而言， Ur=0，為了方便下面對直接轉(zhuǎn)矩控制的理論分析，現(xiàn)將α β定子坐標(biāo)系下的鼠籠式異步電機數(shù)學(xué)模型改用復(fù)數(shù)空間向量的形式表示如下： =0 = j rd sU R is s s dtd rRir r rdt?????????? ??? 式（ 219） 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 11 = mL i L is s s r? ? 式（ 220） = rL i L ir m s r? ? 式（ 221） ( ) ( )T n i n i ie p s s p s s s s? ? ?? ? ? ?? ? ? 式（ 222） 電壓空間矢量 直接轉(zhuǎn)矩控制一般采用三相二點式電壓逆變器供電，如圖 用 A B CSSS、 、表示上橋臂 3 個功率器件的開關(guān)狀態(tài)， AS =1 表示 A 橋臂上邊閉合，下邊斷開 , AS =O 則相反。 BCSS、 表示法與 AS 月相似。因在任意時刻同一橋臂只能有一個開關(guān)元件導(dǎo)通，這就決定 A、 B、 C三相共有 8個開關(guān)狀態(tài)，分別對應(yīng) 8 個電壓空間矢量。 0su s7— u ，其中 6 個非零電壓矢量 1su s6— u ，和兩個零電壓矢量0su s u 。 8 個電壓矢量在復(fù)平面的空間分布如圖 所示。利用電壓逆變器的開關(guān)特點，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，并通過零電壓矢量的穿插調(diào)節(jié)來改變轉(zhuǎn)差頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩同時按要求快速變化。 2dcu2dcuNABCaUbUcUAS BS CSCSBSAS 圖 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 S 1S 2S 3S 4S 5S6( 1 0 0 )( 1 1 0 )( 0 1 0 )( 0 1 1 )( 0 0 1 )( 1 0 1 )??1su2su3su4su5su6su 0 0 01 1 12()t? 1()t? 2()r t?2()t??1()t?? ()t??1()r t? 圖 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 13 3 DSP 芯片概述 DSP 芯片 的定義及分類 ？ 數(shù)字信號處理是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興科學(xué)。 20世紀(jì) 60 年代至今，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到了迅速的發(fā)展。 數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮識別等處理以得到符合人們 需要的數(shù)字形式。圖 所示的是一個典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖。 抗 混 疊濾 波 器A \ D轉(zhuǎn) 換 器數(shù) 字 信號 處 理器D \ A 轉(zhuǎn) 換器平 滑 濾波 器X （ t ） X （ n ） Y （ n ）圖 數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖 圖 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。輸入信號經(jīng)過帶限濾波后，通過 A\D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。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(yīng)用中一般為 4 倍以上。數(shù)字信號處理一般是用 DSP芯片和在其上運行的實時處理軟件對輸入數(shù)字信號按照一定的算法進(jìn)行處理，然后將處 理后的信號輸出給 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。 DSP 是指用于進(jìn)行數(shù)字信號處理的可編程微處理器，人們常用 DSP 一詞來指通用數(shù)字信號處理器。 DSP 芯片的結(jié)構(gòu)特點 ※ 改進(jìn)的哈弗結(jié)構(gòu) ※ 多總線結(jié)構(gòu) ※ 流水線技術(shù) ※ 多處理單元 ※ 特殊的 DSP 指令 ※ 指令周期短 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 14 ※ 運算精度高 ※ 豐富的外設(shè) ※ 功耗低 DSP 特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強大的信息處理能力、及較高的運行速度，是 DSP最重要的特點。 DSP 是高性能系統(tǒng)的核心，它接收模擬信號（如光和聲），將它們轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號，實時地對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字技術(shù)處理。這種實時能力使 DSP在聲音處理、圖像處理等不允許時間延遲的領(lǐng)域的應(yīng)用十分理想，成為全球 70%數(shù)字電話的“心臟”，同時 DSP 在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。 DSP 芯片的分類 D S P 芯 片 的 分 類按 數(shù) 據(jù) 格 式 分 按 用 途 分定 點 D S P 浮 點 D S P 通 用 型 D S P 專 用 型 D S PT M S 3 2 0C 2 X X\ C 5 4 X X\ C 6 2 X XT M S 3 2 0C 3 X X\ C 4 X XC 8 X XT I 公 司 的 一些 列 芯 片M o t o r o l a 的D S P 芯 片5 6 2 0 0Z o r a n 的Z R 3 4 8 8 1I n m o s 的I M S A 1 0 0 圖 DSP芯片的分類 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 15 DSP 芯片的發(fā)展歷程 在 DSP 芯片出現(xiàn)之前，數(shù)字信號處理只能依靠通用微處理器（ MPU）完成，但 MPU 較低的處理速度卻無法滿足系統(tǒng)高速實時的要求。直到 20世紀(jì) 70 年代，才有人提出了 DSP理論和算法基礎(chǔ) 。那時的 DSP僅僅停留在教科書上，即便是研制出來的 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。 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。這種 DSP 器件采用微米工藝、 NMOS 技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比 MPU 快幾十倍，尤其在語音合成，編解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。 DSP 芯片的問世，使 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步至 20 世紀(jì) 80 年代中期，隨著 CMOS 技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二 代基于 CMOS 工藝的 DSP 應(yīng)運而生，其運算速度和存儲容量都得到了成倍的提高，成為語音處理和圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。 20世紀(jì) 80 年達(dá)后期，第三代 DSP 芯片問世，運算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用范圍逐步擴大到通信和計算機領(lǐng)域。 20 世紀(jì) 90年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代 DSP。第五代產(chǎn)品與第四代產(chǎn)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(lǐng)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(chǎn)品更新?lián)Q代的決定性因素。目前對DSP 爆炸性需求的 時代已經(jīng)來臨，前景十分廣闊?，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。 TI公司作為 DSP 生產(chǎn)商的代表，生產(chǎn)的品種很多，大約占市場份額的 60%。 DSP 芯片的應(yīng)用 DSP 芯片的應(yīng)用幾乎已遍及電子與信息的每一個領(lǐng)域，常見的典型應(yīng)用如下： ※ 通用數(shù)字信號處理：數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、 FFT、希爾伯特變換、自適應(yīng)濾波、窗函數(shù)和譜分析等。 徐州師范大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 感應(yīng)電機無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 ※ 語音識別與處理：語音識別、合成、矢量編碼、語音 鑒別和語音信箱等。 ※ 圖紙 /圖像處理：二維 /三維圖形變換處理、模式識別、圖像鑒別、圖像增強、動畫、電子地圖和機器人視覺等。 ※ 儀器儀表