【正文】 根據(jù)以上的電壓空間矢量調(diào)制原理， SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制計(jì)算步驟歸納如下 : (1)判斷合成矢量 Urcf所處扇區(qū)通過(guò)分析 Ua和 UB的關(guān)系，可得到如下的規(guī) 律 : . 0 , 1 , 0 。產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)序列為 : 0 4 6 7 7 6 4 0U U U U U U U U? ? ? ? ? ? ? 如下圖所示。 零矢量只是補(bǔ)足 T4,T6以外的時(shí)間，它對(duì)矢量的合成不產(chǎn)生影響。于是有 : 4 4 6 6460refU T U T U TT T T T??? ? ? （ 219） 44660 0 7()T PWMTUTUT U U????????系 統(tǒng) 周 期作 用 時(shí) 間作 用 時(shí) 間的 作 用 時(shí) 間 式 (219) 的意義是，矢量 Uref可在 T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果與 U4， U6和零矢量分別在 T4,T6和 TO時(shí) 間內(nèi)的積分和效果相同。一個(gè)正弦周期內(nèi)發(fā)出的合成矢量越多，意味著開(kāi)關(guān)頻率越高。由于變換器的實(shí)際所能產(chǎn)生的矢量 (有效矢量和零矢量 )有限，不可能輸出角度連續(xù)變化的空間矢量。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 圖 28電壓空間矢量定義 眾所周知，對(duì)稱的三相正弦變量按 (218) 式合成，將得到一個(gè)幅度固定的勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量。 (000)和 (111)對(duì)應(yīng)輸出的電壓空間矢量為零，我們把這兩個(gè)電壓空間矢量稱為零矢量?？臻g矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，不僅使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低，電流波形畸變減少，而且與常規(guī)的 SPWM技術(shù)相比直流電壓利用率有很大的提高，并且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 . 下圖是三相電力逆變器。 空間矢量脈寬調(diào)制原理 空間矢量 PWM波是一個(gè)由三相功率逆變器六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件的特定開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波。 控制過(guò)程為 :速度給定信號(hào)與檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子速度相比較，經(jīng)速度控制器的調(diào)節(jié)，輸出 iq指令信號(hào) (電流控制器的給定信號(hào) )。 4． SVPWM模塊。 2．速度環(huán)，電流環(huán)控制器。下圖是永磁同步電機(jī)的矢量控制原理圖。在實(shí)際控制中，向電機(jī)定子注入的和從定子檢測(cè)的電流都不是 id,iq，而是三相電流，所以必須進(jìn)行坐標(biāo)變化。 通過(guò)控制 id來(lái)控制磁鏈，通過(guò)控制 iq來(lái)控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)矢量控制。然而轉(zhuǎn)速在基速以上時(shí)，因?yàn)橛谰么盆F的勵(lì)磁磁鏈為常數(shù)，電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比例增加。轉(zhuǎn)速在基速以下時(shí)，在定子電流給定的情況下，控制 id=0可以更有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩 : e r qTi?? , 電磁轉(zhuǎn)矩就隨著 iq的變化而變化。 由永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的分析可知 :定子電流在 d， q軸上的分量決定電磁轉(zhuǎn)矩的大小。按照這些給定量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，就可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的控制性能。由于在定子側(cè)的各個(gè)物理量，包括電壓、電流、電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)等等，都是 交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) ,調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算都不是很方便。這樣交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動(dòng)機(jī)相似了。因此，電感參數(shù)可以由下式表示 : d S mdq S mqL L LL L L?????? 其中，縱為 d， q軸線圈的漏感， Lmd和 Lmq分別為 d和 q軸線圈的自感 .假設(shè) if為等效勵(lì)磁電流，則永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程如下式且其等效電路如圖 23所示： ? ?d s d d d md f q qq s q q q d d md fv R i p L i L i L iv R i p L i L i L i? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 圖 23 永磁同步電機(jī) d/q軸電壓等效電路 圖 24給出了常用的采用 iq=0矢量控制時(shí)，以電壓 Vq為輸入，轉(zhuǎn)子速度為輸出的交流永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖。同樣可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，并且由可以知道電流 id、 iq為互差 90度的正弦量，其角頻率與 d， q軸的旋轉(zhuǎn)角頻率一致。呈線性關(guān)系，只需控制 iq的大小就可以控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩了。 有上面的推導(dǎo)可以看出，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩基本上取決于定子 d軸電流分量和 q軸電流分量 .在永磁同步電動(dòng)機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，所以都是采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向方式來(lái)控制永磁同步電動(dòng)機(jī)的。假設(shè)電動(dòng)機(jī)是線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯、渦流損耗，轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組，那么基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 d， q中的永磁同步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈方程為 : 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 00 0dddfqqqfdqdqiLL iL L d qi i d q? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ??其 中 為 轉(zhuǎn) 子 永 磁 體 在 定 子 上 的 耦 合 磁 鏈、 為 永 磁 同 步 電 極 的 、 軸 主 電 感、 為 定 子 電 流 矢 量 的 、 軸 主 電 流 根據(jù)在兩相繞組中，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)定子電壓矢量方程式整理出永磁同步電動(dòng)機(jī)在 d， q軸上兩個(gè)分量的定子電壓方程式： 00d d dsq q qSiR PiR P???? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ??? ?? ??????? ? ? ? ? ?VV 其中 Vq,Vd為定子電壓矢量的 d,q軸分量 .? 為轉(zhuǎn)子電角速度。定轉(zhuǎn)子繞組間的互感和定子各繞組間自感都是轉(zhuǎn)角 ? 的函數(shù)，變換成 dq坐標(biāo)系統(tǒng)后，等效 d， q軸繞組的自感和互感均為常數(shù)，求解和分析較為方便。由于 dq坐標(biāo)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，則電機(jī)定、轉(zhuǎn)子各量在 d軸、 q軸上的投影值是恒定的。 三種坐標(biāo)系間的關(guān)系如圖 22所示 : 圖 22 各坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下 (以電流為例，電壓與磁鏈的轉(zhuǎn)換與此相同 )： c o s si nsi n c o sc o s si nsi n c o sdqd aqiiiii ii i? ??????????? ? ????? ???? ???? ?????? ???? ??????? ??????? ????坐 標(biāo) 與 坐 標(biāo) 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系d q 231112233022iiiii??? ? ??????????? ??? ???? ???? ?????????B坐 標(biāo) 與 A B C 坐 標(biāo) 的 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系A(chǔ)C 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 102 1 33 2 21322aiiiii ??????????? ???? ???????? ??????????BAC 22c os c os c os333222si n si n si n33c os si n2 2 2c os si n3 3 32c os3dqiiiiiiii??? ? ? ???? ? ????????????? ? ? ???? ? ? ?????? ? ? ??? ??? ??????????? ? ? ?????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????????BB坐 標(biāo) 與 A B C 坐 標(biāo) 的 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系d qACAC2si n3dqii????????????????? ? ?????? ? ?? ? ??? 為了便于進(jìn)行矢量控制，克服靜止坐標(biāo)系下電壓方程是周期性時(shí)變系數(shù)微分方程的缺點(diǎn)，通常采用旋轉(zhuǎn)的 dq坐標(biāo)系推導(dǎo)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。β 。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 旋轉(zhuǎn)電機(jī)常用坐標(biāo)有以下三類 1)坐標(biāo)軸線放在定子上的三相靜止坐標(biāo)系 ABC。電機(jī)的數(shù)學(xué)模型中含有時(shí)變參數(shù)，給分析和計(jì)算帶來(lái)困難。 圖 21 永磁同步電機(jī)電壓控制方式原理圖 以上詳細(xì)說(shuō)明了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為下面的介紹永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型提供結(jié)構(gòu)方面的基礎(chǔ)。后者的理論基礎(chǔ)是空間矢量 PWM控制，提高了逆變器的電壓輸出能力，保持恒定的開(kāi)關(guān)頻率，適合數(shù)字控制。一種是針對(duì)電流控制的滯環(huán)控制，一種是采用電壓控制。一般 PMSW多采用前兩種形式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。這樣才可 以有效的避免永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)起來(lái)以后的失步問(wèn)題，保證了永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。采用何種驅(qū)動(dòng)電流波形取決于轉(zhuǎn)子磁通在氣隙中的分布，最終目的是使得定子磁通和轉(zhuǎn)子磁通相互作用能夠產(chǎn)生平滑轉(zhuǎn)矩 (電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小 )。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 永磁同步電機(jī)按照驅(qū)動(dòng)電流波形劃分可以分為兩類 : 一類是正弦波電流驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī) 。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種 : 一種是正弦波形 。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永 久磁鐵勵(lì)磁，目前常使用稀土永磁材料?？臻g上三相對(duì)稱繞組通入時(shí)間上對(duì)稱的三相電流就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。永磁同步電機(jī)的定子指的是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的不動(dòng)部分，主要是由硅鋼沖片、三相對(duì)稱同分布在它們槽中的繞組、固定鐵心用的機(jī)殼以及端蓋等部分組成。然而，要想組成真正的矢量控制系統(tǒng)，還必須從電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，找到各個(gè)物理量之間的關(guān)系，特別是定子和轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的磁通和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，在定向坐標(biāo)系上實(shí)現(xiàn)各量的控制和調(diào)節(jié)。為進(jìn)行矢量控制，重點(diǎn)討論了永磁同步電機(jī)在 dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，給出了 id=0時(shí)電機(jī)的等效電路。包括 DSP控制器的軟硬件設(shè)計(jì)。包括通訊協(xié)議的分析及接口電路的硬件實(shí)現(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)的主要工作 本次設(shè)計(jì)的主要工作包括 : 1. 對(duì)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了探討，分析了空間矢量脈寬調(diào)制的DSP實(shí)現(xiàn)方法。日本及 歐美一些國(guó)家于 20世紀(jì) 80年代初已經(jīng)推出了一系列商品化的高性能全數(shù)字化交流電機(jī)控制系統(tǒng)和產(chǎn)品?？朔嘶诔Ｒ?guī)控制理論設(shè)計(jì)的電機(jī)控制系統(tǒng)存在的缺陷和不足。提高了系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性與靈活性。現(xiàn)在的伺服系統(tǒng)大多采用 RS232/485協(xié)議進(jìn)行串行通訊，受限于協(xié)議及硬件電路，這種系統(tǒng)不能滿足高精度、實(shí)時(shí)性的要求并且不易構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)的控制界也己掀起了利用 DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的熱潮。 伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展，而高性能 DSP器件的出現(xiàn)為其奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 交流調(diào)速中，永磁同步電機(jī) 在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電器等方面正得到日益廣泛的應(yīng)用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機(jī)，加上我國(guó)又是永磁材料的生產(chǎn)大國(guó)。比較有代表性的現(xiàn)場(chǎng)總線如 :CAN,Profibus、 Lon works以及基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF等以其高度的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是 90年代興起的一種先進(jìn)的工業(yè)技術(shù) ,它將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念引入工業(yè)控制領(lǐng)域 .它是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者的結(jié)合。 20世紀(jì) 60年代計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，從最初的直接數(shù)字控制 (DDC)發(fā)展到集中式控制 :70年代末集散控制系統(tǒng) (DCS)開(kāi)始進(jìn)入控制領(lǐng)域 。 網(wǎng)絡(luò)控制是指本地計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制。另一方面，將網(wǎng)絡(luò)控制技 術(shù)應(yīng)用到控制領(lǐng)域。從神經(jīng)生理學(xué)、仿生生理學(xué)角度對(duì)人腦結(jié)構(gòu)模型、功能模型的研究，從認(rèn)知心理學(xué)對(duì)人類智力活動(dòng)心理過(guò)程和特征的研究，以及智能機(jī)器人等高技術(shù)的工程實(shí)踐，都從不同側(cè)面促進(jìn)了智能科學(xué)的發(fā)展，也給自動(dòng)化學(xué)科注入了新的思想和活力，為智能控制的實(shí)踐應(yīng)用奠定了必要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程的迅速發(fā)展，微機(jī)的廣泛使用，使得許多控制算法和直覺(jué)推理得以實(shí)現(xiàn)，人工智能的發(fā)展不僅使人們進(jìn)一步深化了對(duì)智能活動(dòng)的機(jī)理認(rèn)識(shí)，而且為人們用計(jì) 算機(jī)更有效地表達(dá)和利用知識(shí)開(kāi)辟了新途徑。這些控制方法大大提高了系統(tǒng)的魯棒性，與經(jīng)典控制理論結(jié)合起來(lái)，已被廠泛采用。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 e) 采用微處理器的數(shù)字控制，使信息雙向傳遞能力大大增強(qiáng)，提高分級(jí)控制能力， 使系統(tǒng)趨于智能化。 c) 硬件電路采用了集成電路和大規(guī)模集成電路，可靠性比較高。體積小、重量輕、能耗小是其共同的優(yōu)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，全數(shù)字伺服系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn) : a) 能明顯地降低控制器硬件成本 。 DSP 的出現(xiàn)為伺服系統(tǒng)的全數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。與此相反，另一個(gè)方向是使用簡(jiǎn)單、低成本、少維護(hù)的交流伺服系統(tǒng)，這種伺服系統(tǒng)在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、普通機(jī)械、辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、計(jì)算機(jī)外設(shè)以及對(duì)性能要求不高的工