【導(dǎo)讀】料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)。保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。能好等優(yōu)點(diǎn)日益受到更多的關(guān)注。無速度傳感器技術(shù)的優(yōu)勢使得它成為目前電機(jī)?？刂蒲芯繜狳c(diǎn)之一。兩者相結(jié)合構(gòu)成的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)也成為未。來電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向之一。利用該電壓矢量表，直接根據(jù)定。、軸分量，結(jié)合當(dāng)前的磁鏈位置查表得到磁鏈電壓，再根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤。信號(hào)，使電機(jī)的磁鏈沿近似六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)的同時(shí)獲得高動(dòng)態(tài)特性的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。PWM方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　

【正文】 為定子電流空間矢量， Rr 為定子電阻，Rr 為轉(zhuǎn)子電阻， s? 為定子磁鏈空間矢量， r? 為轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量。 24 從上面兩式可以推導(dǎo)出 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為： 3 ( )2T i id s s s s??? ? ? ?? 43 轉(zhuǎn)矩表達(dá)式也可以寫成如下形式： 13 | || sin |2Td s r sL ? ? ???? 44 根據(jù)式（ 44）可知，轉(zhuǎn)矩的大小與定子磁鏈幅值、轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和磁通角 s? 的乘積成正比。在實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分利用電動(dòng)機(jī)鐵芯；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決 定；要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過改變磁通角s? 的大小來實(shí)現(xiàn)。通過轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)調(diào)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(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度，從而改變磁通角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。 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。 由式（ 219）可知 ( )u R i dts s s s? ? ? 45 寫成 ??、 分量形式為： ( )( )u R i dts s s su R i dts s s s? ? ? ?? ? ? ??? ??? ? ??? 46 ui 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。其誤差是由定子電阻 Rs 的存在引起的。因此只有在 10%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，特別是在 30%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，采用 u 一 i 模型能夠非常準(zhǔn)確地確定定子磁鏈。該方法結(jié)構(gòu) 簡單，精度高，優(yōu)于其它方法。 in 定子磁鏈觀測器模型 定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈還可由下面的方程組來確定： 25 1()1( ) r1()1( ) riLs s rLLsRrr s r rLiLs s rLLsRrr s r rL??? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ??????? ?????????? ???????????? 47 in 模型中不出現(xiàn)定子電阻，也就是說不受定子電阻變化的影響，但是 in模型受轉(zhuǎn)子電阻 rR 、漏電感 L? 、主電感 sL 的影響。此外，還需要精確地測得轉(zhuǎn)子角速度 r? 的大小。一般說來，高速時(shí)采用 u 一 i 模型，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，受參數(shù)影響??；而低速時(shí)采用 in 模型，因?yàn)榈退贂r(shí)受 sR 的影響， ui模型己不能正確地工作 [24]。 un 定子磁鏈觀測器模型 u－ n模型由定子電壓和轉(zhuǎn)速來計(jì)算定子磁鏈，由以下方程組構(gòu)建 u－ n模型。 ( )rRr jr s r rLu i Rs s s sLis s sLir s r? ? ? ? ????????????????? ??? ??? 48 該模型實(shí)際上是綜合了 in 模型和 ui 模型的優(yōu)點(diǎn)，使得兩個(gè)模 型平滑地切換。所以 un是一個(gè)全速范圍的定子磁鏈觀測模型。該觀測模型可以根據(jù)現(xiàn)代控制理論觀測器設(shè)計(jì)方法，通過合理設(shè)計(jì)觀測器誤差反饋系數(shù)得到。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在 ui 模型下，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在 in模型下。轉(zhuǎn)矩、磁鏈控制器 [25]。 26 磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制 在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制和磁鏈控制可以分別通過一個(gè)滯環(huán)比較器來實(shí)現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)分別如圖 1 15 所示。 FT01 T2T?2T?01F? ?2??2?? 圖 14 轉(zhuǎn)矩控制器 圖 15 磁鏈控制器 對(duì)轉(zhuǎn)矩控制，首先計(jì)算轉(zhuǎn)矩給定值 *T 與轉(zhuǎn)矩實(shí)際值 T 之差 T? ： *T T T?? 式中 : *T 一轉(zhuǎn)矩給定值，可以單獨(dú)給定，也可以由速度調(diào)節(jié)器的輸出得出； T 一轉(zhuǎn)矩實(shí)際值，由轉(zhuǎn)矩觀測器得出。 設(shè)置滯環(huán)寬度 T? ，則轉(zhuǎn)矩控制信號(hào) TQ 由 T? 決定，即 :若 2TT ?? ，則 TQ=0，要求選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩減小 。若 2TT??? ，則 TQ=1，要求選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩增大 。若 ||2TT ??? ，則 TQ 不變，選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩不變。 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 ?? ： *?? ??? 式中， *? 磁鏈給定值； ? 磁鏈實(shí)際值，由磁鏈觀測器得出。 設(shè)置滯環(huán)帶寬 ?? ，則磁鏈控制信號(hào)甲 Q? 由 ?? 決定，即 :若 2????? ，則甲Q? =0，要求選用電壓空間矢量使磁鏈幅值減?。?2????? ，則 Q? =1，要求選用電壓空間矢量使磁鏈幅值增大；若 ||2????? ，則 Q? 不變，選用電壓空間矢量應(yīng)使磁鏈幅值不變 [26]。 27 ??0s?*s?*s???* s?? 圖 16 恒定圓形磁鏈軌跡控制示意圖 0teT*eT*eTT?* e 圖 17 轉(zhuǎn)矩變化控制示意圖 理論上講， T???、 取的越小，則轉(zhuǎn)矩控制和磁鏈控制就越精確。但 T???、 的大小又受功率器件的開關(guān)頻率的限制。一般來說，器件的開關(guān)頻率越低，相應(yīng)選取的 T???、 就應(yīng)越大，即滯環(huán)變寬。這樣，雖然系統(tǒng)的性能稍稍變差，但整個(gè)系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。若器件開關(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。 實(shí)際上，兩個(gè)控制器在控制系統(tǒng)中的“地位”并不平等 .由于我們的主要目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制，因此，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)誤差帶 (即滯環(huán)寬度 T? )的整定直接關(guān)系著系統(tǒng)品質(zhì)的好壞 .相比之下，磁鏈幅值的恒定控制就顯得并不十分重要。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 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 28 日本學(xué)者 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。兩種方法各有利弊，在大功率、低開關(guān)頻率場合，前者比較合適 。在功率器件開關(guān)頻率較高的中小功率領(lǐng)域，后者占據(jù)了優(yōu)勢地位。無論采用那種控制方案，都是通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈兩個(gè)控制器來共同控制逆變器開關(guān)狀態(tài)，以使電機(jī)定子磁鏈在沿給定軌跡（正六邊形或準(zhǔn)圓形 )運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)靜態(tài)性能。磁鏈位置的判斷以及電壓矢量的選擇 [27]。 磁鏈位置的判斷 非零電壓矢量有六個(gè)，它們的分布也是固定的，如圖 46所示，當(dāng)磁鏈位 于不同位置時(shí)，同一個(gè)電壓矢量，對(duì)于磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的作用是不相同的，所以電壓矢量的選擇不僅僅根據(jù)磁鏈的大小來，還要知道磁鏈的具體位置。我們沿逆時(shí)針方向?qū)⒍ㄗ哟沛湹奈恢脛澐譃榱鶄€(gè)扇區(qū)： ~16??, 如圖 18。 1U2U3U4U5U 6U( 1 0 0 )( 1 0 1 )( 0 0 1 )( 0 1 1 )( 0 1 0 )( 1 1 0 ) ??u? 1?2?3?4?5? 6? 圖 18 磁鏈位置及電壓矢量 由圖 46 可知當(dāng)磁鏈位于兩區(qū)間的交界處時(shí) ? 軸的分量正好等于磁鏈幅值的一半，因此根據(jù)磁鏈的 ? 分量與磁鏈的 1/2 比較結(jié)果，再結(jié)合 ? 分量的正負(fù)情況即可正確判斷磁鏈當(dāng)前所在的扇區(qū)。磁鏈位置的具體判別方法如表 ： 29 表 磁鏈位置的判斷 ψβ ψα 扇區(qū) ＜ 0 Ψα＞ |Ψ |/2 2? |Ψ |/2＜ψα＜ |Ψ |/2 1? ψα＜ |Ψ |/2 6? ＜ 0 Ψα＜ |Ψ |/2 5? |Ψ |/2＜ψα＜ |Ψ |/2 4? Ψα＞ |Ψ |/2 3? 電壓矢量選擇表 綜合以上轉(zhuǎn)矩控制量 TQ，磁鏈控制量 Q? ，和磁鏈位置 ? ，可以正確的選擇合適的電壓矢量 u ，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。表 和表 給出了優(yōu)化了的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)定子電壓開關(guān)的選擇。 30 表 正轉(zhuǎn)定子電壓開關(guān)矢量表 ? TQ Q? 1? 2? 3? 4? 5? 6? 1 1 110 010 011 001 101 100 0 111 000 111 000 111 000 1 101 100 110 010 011 001 0 1 010 011 001 101 100 110 0 000 111 000 111 000 111 1 001 101 100 110 010 011 表 反轉(zhuǎn)定子電壓開關(guān)矢量表 ? TQ Q? 1? 2? 3? 4? 5? 6? 1 1 101 100 110 010 011 001 0 111 000 111 000 111 000 1 110 010 011 001 101 100 0 1 001 101 100 110 010 011 0 000 111 000 111 000 111 1 011 001 101 100 110 010 31 主程序設(shè)計(jì) 主程序每 10μ s 由硬件定時(shí)器發(fā)出 的中斷信號(hào)啟動(dòng)并執(zhí)行一次，它負(fù)責(zé)執(zhí)行整個(gè)軟件整個(gè)必經(jīng)流程。主要要完成以下幾個(gè)重要的步驟： （ 1） 系統(tǒng)初始化： MS32OLF2407A 各個(gè)模塊的工作方式由相應(yīng)的控制寄存器設(shè)定，因此在主程序的開始就必須根據(jù)要求設(shè)定好各個(gè)控制寄存器的初始值。包括 :① PLL 比時(shí)鐘設(shè)定， DSP 的工作頻率設(shè)定為 30HZ，這個(gè)可以通過系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器 1(SCSR1)設(shè)定 。②輸入輸出端口的初始化，這個(gè)可以通過 I/O 復(fù)用輸出控制寄存器 (MCRx)設(shè)定 。③串行通信接口的軟件配置，通過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 SCILBAUD)這些控制寄存器來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、字符長度、奇 /偶效驗(yàn)位等 。④ AD 工作方式位，設(shè)置轉(zhuǎn)換觸發(fā)事件和通道數(shù)，可通過 AOC 控制寄存器 (ADCTRLx)和最大轉(zhuǎn)換通道寄存器 (MAXCONV)設(shè)置 。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 [28]。 （ 2） 實(shí)時(shí)檢測 :為了使控制系統(tǒng)盡可能的得到最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)定子電壓、電流的測量放置在主程序的主循環(huán)中。本系統(tǒng)需要測量的電機(jī) 3 個(gè)定子端電壓和 2個(gè)定子相電流。 （ 3） 調(diào)用電機(jī)模型子運(yùn)算程序。 （ 4） 調(diào)用調(diào)節(jié)器子程序：需要調(diào)用調(diào)節(jié)器子程序包括電流調(diào)節(jié)器子程序、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器子程序、磁鏈調(diào)節(jié)器子程序和零狀態(tài)調(diào)節(jié)器子程序，從而分別給出電流調(diào)節(jié)信號(hào)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號(hào)、磁鏈調(diào)節(jié)信號(hào)和零狀態(tài)信號(hào)。 （ 5） 控制信號(hào)輸出 :根據(jù)第 (4)步得到的電流調(diào)節(jié)信號(hào)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號(hào)、磁鏈調(diào)節(jié)信號(hào)和零狀態(tài)信號(hào)綜合考慮后給出變頻器的三相最優(yōu)開關(guān)控制信號(hào)，由 I/O口輸出去驅(qū)動(dòng) IGBT 驅(qū) 動(dòng)器。主程序框圖如圖 19。 子程序設(shè)計(jì) 子程序、中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)完成對(duì)速度的測量，開關(guān)量信息的捕捉，串行中斷程序、以及故障處理程序。 32 (1)開關(guān)量信息的捕捉 :控制面板設(shè)定開關(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。 (2)控制策略子程序 :控制策略子程序主要包括 3/2 變換子程序、定子磁鏈計(jì)算子程序、電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算子程序、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器子程序 、磁鏈調(diào)節(jié)器子程序等等。 (3)串行中斷子程序和故障處理子程序。子程序流程圖如圖 20 NY開 始系 統(tǒng) 初 始 化 模 塊系 統(tǒng) 狀 態(tài) 控 制