【正文】 正負(fù)情況即可正確判斷磁鏈當(dāng)前所在的扇區(qū)。 磁鏈位置的判斷非零電壓矢量有六個，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，同一個電壓矢量，對于磁鏈和電磁轉(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。無論采用那種控制方案，都是通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈兩個控制器來共同控制逆變器開關(guān)狀態(tài)，以使電機定子磁鏈在沿給定軌跡（正六邊形或準(zhǔn)圓形)運動的同時，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的高動靜態(tài)性能。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。實際上，兩個控制器在控制系統(tǒng)中的“地位”，因此，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)誤差帶(即滯環(huán)寬度)，磁鏈幅值的恒定控制就顯得并不十分重要。這樣，雖然系統(tǒng)的性能稍稍變差，但整個系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運行。但的大小又受功率器件的開關(guān)頻率的限制。設(shè)置滯環(huán)帶寬，則磁鏈控制信號甲由決定，即:若，則甲=0，要求選用電壓空間矢量使磁鏈幅值減小；，則=1，要求選用電壓空間矢量使磁鏈幅值增大；若，則不變，選用電壓空間矢量應(yīng)使磁鏈幅值不變[26]。若，則TQ不變，選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩不變。設(shè)置滯環(huán)寬度，則轉(zhuǎn)矩控制信號TQ由決定，即:若，則TQ=0，要求選用電壓空間矢量使轉(zhuǎn)矩減小。其結(jié)構(gòu)分別如圖115所示。轉(zhuǎn)矩、磁鏈控制器[25]。該觀測模型可以根據(jù)現(xiàn)代控制理論觀測器設(shè)計方法，通過合理設(shè)計觀測器誤差反饋系數(shù)得到。 48該模型實際上是綜合了in模型和ui模型的優(yōu)點，使得兩個模型平滑地切換。一般說來，高速時采用u一i模型，因為它結(jié)構(gòu)簡單，受參數(shù)影響?。欢退贂r采用in模型，因為低速時受的影響，ui模型己不能正確地工作[24]。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： 47in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、漏電感、主電感的影響。因此只有在10%額定轉(zhuǎn)速以上時，特別是在30%額定轉(zhuǎn)速以上時，采用u一i模型能夠非常準(zhǔn)確地確定定子磁鏈。由式（219）可知 45寫成分量形式為： 46ui模型只有在被積分的差值較大時才能提供正確的結(jié)果。通過轉(zhuǎn)矩兩點調(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)到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。從上面兩式可以推導(dǎo)出電動機轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為： 43轉(zhuǎn)矩表達(dá)式也可以寫成如下形式： 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的乘積成正比。 直接轉(zhuǎn)矩控制的原理直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖13所示，它包括轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)和磁鏈控制環(huán)節(jié)，采用離散的兩點式調(diào)節(jié)(BangBang控制)，通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈的滯環(huán)控制選擇出合適的電壓矢量來調(diào)節(jié)定子磁鏈，并通過控制定子磁鏈的前進和停止來控制電機轉(zhuǎn)矩，使之快速跟蹤給定，同時通過對定子磁鏈形狀的控制來選擇合適的開關(guān)狀態(tài)，從而產(chǎn)生PWM信號[23]。子程序和中斷服務(wù)模塊負(fù)責(zé)完成對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的估算，開關(guān)量信息的捕捉，串行中斷程序、故障處理。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的控制軟件分兩大部分:主程序模塊和子程序、中斷服務(wù)模塊。如果軟件進入一個不正確的循環(huán)或者CPU出現(xiàn)暫時性異常時，WD定時器溢出產(chǎn)生一個復(fù)位。通過一個16位波特率選擇寄存器可獲得超過65000種不同的可編程波特率，例如系統(tǒng)時鐘SYSCLK是10MHz，波特率的范圍是:。典型應(yīng)用包括外部I/O或外部擴展?；鶞?zhǔn)電壓(05V)由外部提供。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包含兩個帶有內(nèi)部采樣－保持電路的10位串行/電容模數(shù)轉(zhuǎn)換器。三個獨立的雙向定時器，每一個都有單獨的比較寄存器，可支持不對稱的或?qū)ΨQ的PWM波形。事件管理器中包括一些專用的脈寬調(diào)制(PWM)單元。 圖12 TMS320F2407DSP結(jié)構(gòu)框圖[21] TMS320LF2407A DSP有兩個事件管理器EVA和EVB，每個事件管理器都有兩個定時器、三個比較單元、三個捕捉單元、一個增量式光電編碼器接口。事件管理器模塊特別適用于控制交流感應(yīng)電動機、直流無刷電動機、開關(guān)磁阻電動機和步進電動機； 提供外擴展64K字的程序存儲器、64K字的數(shù)據(jù)存儲器、64K字的I/O能力； 片內(nèi)看門狗電路，實時監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)； 16通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有可編程排序功能，4個啟動A/D轉(zhuǎn)換觸發(fā)器。低功耗有利于電池供電場合；而高速非常適合電機的實時控制； 片內(nèi)集成了32K字的Flash程序存儲器、2K字的SRAM、544字的DRAM； 兩個專用于電機控制的事件管理器（EVA、EVB）。減小了控制器的功耗。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(shè)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(yīng)用[20]。微處理器通過控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)角，使電機按給定的指令準(zhǔn)確工作，可使電機的性能有很大的提高。 軍事：雷達(dá)與聲納信號處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制造、保密通信、全球定位、電子對抗、情報收集與處理等。 通信：糾錯/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)軟件無線電和擴頻通信等。 醫(yī)學(xué)工程：助聽器、X射線掃描、心電圖/腦電圖、病員監(jiān)護和超聲設(shè)備等。 儀器儀表：暫態(tài)分析、函數(shù)發(fā)生、波形產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集、石油/地質(zhì)勘探，地震預(yù)測與處理等。 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。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%[19]。目前對DSP爆炸性需求的時代已經(jīng)來臨，前景十分廣闊。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。DSP芯片的問世，使DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進了一大步至20世紀(jì)80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進步與發(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)。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。直到20世紀(jì)70年代，才有人提出了DSP理論和算法基礎(chǔ)。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。(2) DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點 改進的哈弗結(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 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。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[18]。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。圖11所示的是一個典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖。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。所有復(fù)雜的控制算法和控制策略都是通過TMS320F2407A控制器來實現(xiàn)的，涉及到DSP的大部分集成外設(shè)，如：事件管理器EV、串行通訊接口SCI、串行外設(shè)接口SPI、PWM發(fā)生模塊等。IGBT的短路保護動作閾值、保護盲區(qū)時間、軟關(guān)斷時間等參數(shù)可通過用戶保護參數(shù)設(shè)置單元靈活設(shè)置，也可以使用默認(rèn)值[17]。軟關(guān)斷開始后，驅(qū)動器封鎖輸入PWM信號，即使PWM信號變成低電平，也不會立即將輸出拉到正常的負(fù)電平，而要將軟關(guān)斷過程進行到底。當(dāng)IGBT的電流過大，集電極對發(fā)射極的電壓達(dá)到閾值電壓時，驅(qū)動器啟動內(nèi)部的保護機制。與傳統(tǒng)的四路變壓器隔離供電相比，減小了體積，節(jié)省了成本，且使用更加方便，當(dāng)主控板電源電壓為15V供電時，可與之使用同一電源。無死區(qū)全橋模式應(yīng)用時，上下兩管可以同時導(dǎo)通，因此可用于電流型全橋電路的驅(qū)動。輸入部分為雙路PWM及對應(yīng)控制電源信號，經(jīng)獨立或互鎖設(shè)定單元確定電路工作模式，可設(shè)定為普通全橋模式或無死區(qū)控制全橋模式。實現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器、微分變壓器及光電耦合器。IGBT的等效電路及開關(guān)特性見圖8。（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)動電路、檢測電路與保護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。目前絕大部分中、小容量變頻器的逆變模塊都在用IGBT管。由IGBT模塊作為逆變器的變頻器容量已達(dá)250KVA以上。電壓控制型功率器件。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。因此，以MOSFET為逆變器件的變頻器載波頻率也較高，電動機基本無電磁噪聲。另外控制電路的驅(qū)動功率也較大[14]。功率器件用于逆變器的常見功率器件有如下幾種：（1） 大功率晶體管（BJT或GTR）電流控制型器件，優(yōu)點是擊穿電壓和集電極最大飽和電流都較大，缺點是開關(guān)頻率較低，最高為2KHz左右。逆變電路。過高的直流電壓將會使各部分器件受到損害。當(dāng)電路不工作時由于電容C上有大量的電荷所以電容上的電壓很高，對人的安全造成一定的威脅，所以在電路不工作的時候?qū)⒎烹婋娮杞尤腚娐分信浜侠^電器對電容C進行放電[13]。中間電容C的作用主要有兩點：（1） 消除二極管整流器的輸出電壓的波紋，盡量保持直流電壓的輸出的恒定波形；（2）電機屬于感性負(fù)載，故中間直流環(huán)節(jié)總和電機之間存在能量轉(zhuǎn)換，而逆變器的電力電子器件無法儲能，因此電容的另一個作用就是作為儲能元件實現(xiàn)能量的緩沖。本系統(tǒng)設(shè)計的主電路如圖7：圖 7 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?；贒SP的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示[11]。圖 4 電壓型逆變器理想模型圖 5 電壓空間矢量表示法3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)和計算方法己經(jīng)確定，這些方法將在以TI公司的DSP(TMS320F2407A)為主體構(gòu)成的系統(tǒng)中得以實現(xiàn)。8個電壓矢量在復(fù)平面的空間分布如圖5所示。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。圖 3 異步電機空間矢量等效電路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αβ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[9]： 219 220 221 222 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4用表示上橋臂3個功率器件的開關(guān)狀態(tài)，=1表示A橋臂上邊閉合，下邊斷開, =O則相反。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度 同步旋轉(zhuǎn)角速度，即定子角頻率 轉(zhuǎn)差角速度 定子電阻 定