【正文】 用以TMS320F240為核心設(shè)計(jì)采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 本課題的主要任務(wù)及內(nèi)容本課題的任務(wù)首先是在Matlab環(huán)境下，對采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路。在各種功能的設(shè)定方面，早期的模擬量設(shè)定將被數(shù)字量設(shè)定所取代；設(shè)定項(xiàng)目也將由幾個升至幾十個乃至近千個；逆變管GTR將更新為IGBT；變頻器的容量將能做到數(shù)千千伏安以上等。大部分逆變器裝置的負(fù)載都是三相交流電機(jī)，因此對于大多數(shù)逆變裝置而言，其PWM控制策略的選擇、設(shè)計(jì)和優(yōu)化不但要關(guān)心PWM技術(shù)的共性問題，而且更要考慮如何改善逆變裝置供電下電機(jī)的工作性能，如減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動、提高電機(jī)的效率、擴(kuò)大調(diào)速范圍等。近十幾年，隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化PWM技術(shù)又為傳統(tǒng)的PWM技術(shù)注入了新的內(nèi)涵，使得PWM方法和實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化和翻新，從早期的追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到控制負(fù)載電機(jī)的磁通正弦，并進(jìn)而發(fā)展到提高系統(tǒng)效率、降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動和減小諧波噪聲等，PWM技術(shù)正處于一個不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展的階段。1964年，為現(xiàn)代逆變技術(shù)實(shí)用化和發(fā)展開辟了嶄新的道路。對于脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，PWM），功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)頻率相對固定不變，通過控制開通或關(guān)斷的時間達(dá)到控制變換目的，因此也常被稱為定頻調(diào)寬控制；在脈沖頻率調(diào)制（pulse frequency modulation，PFM）中，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開通或關(guān)斷的時間相對恒定，通過改變開關(guān)的頻率達(dá)到控制變換的目的，所以也常被稱為定寬控制。這種控制方式很容易在計(jì)算機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動機(jī)控制數(shù)字化提供了契機(jī)。近年來，無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。因此，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用和研究受到了廣泛的重視，憑其技術(shù)優(yōu)勢在許多場合取代了其它種類的電動機(jī)。由于克服了機(jī)械換向裝置的固有缺點(diǎn)，所以無刷直流電機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)越，體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)動慣量小、不存在勵磁損耗問題等諸多優(yōu)點(diǎn)。成為方波無刷直流電動機(jī)研究的經(jīng)典文獻(xiàn)，它標(biāo)志著方波無刷直流電動機(jī)在理論上達(dá)到了成熟。20世紀(jì)六十年代至七十年代，有關(guān)無刷直流電動機(jī)的文獻(xiàn)開始出現(xiàn)。(Harrison)等人首次申請了用晶體管換向線路代替有刷直流電動機(jī)機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的誕生。早在1915年，美國人蘭格米爾(langmill)就發(fā)明了帶控制柵極的水銀整流器，制成了直流變交流的逆變裝置，1917年，Boliger提出了用整流管代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無刷直流電機(jī)的基本思想。但是，傳統(tǒng)的直流電動機(jī)均采用機(jī)械方式換向，在電刷和換向器之間存在機(jī)械摩擦，由此帶來了火花、噪聲、無線電干擾以及壽命短等弱點(diǎn)，再加上制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，大大限制了直流調(diào)速的發(fā)展和應(yīng)用范圍。在學(xué)習(xí)matlab的基礎(chǔ)上使仿真和實(shí)時控制相結(jié)合，能提高我們對控制理論及方法的理解?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜，模擬的控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)越來越明顯?；赑WM調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，本方案采用了SPWM調(diào)速技術(shù)對直流電機(jī)進(jìn)行更好的調(diào)速。電機(jī)有多種調(diào)速方式，如：變頻調(diào)速、變壓調(diào)速、變頻變壓調(diào)速等等。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機(jī)一般的容量都在100kW以下。 無刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動慣量，通常采用“細(xì)長”的結(jié)構(gòu)。一般地，無刷電機(jī)的驅(qū)動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。DSP芯片除具備普通微處理器的高速運(yùn)算和控制功能外，針對高數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)值運(yùn)算密集的實(shí)時數(shù)字信號處理操作，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和指令流程設(shè)計(jì)等方面都做了較大的改進(jìn)。 Matlab目 錄第1章 緒論 1 課題背景 1 2 脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)的概述 3 本課題的主要任務(wù)及內(nèi)容 4第2章 總體設(shè)計(jì)方案 6 概述 6 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 6第3章 直流調(diào)速系統(tǒng) 8 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及特性 8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性 9 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 9 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性 11 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性 12 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜動態(tài)品質(zhì)評價 13第4章 脈沖寬度調(diào)制 15 PWM控制技術(shù)的基本原理 15 PWM逆變電路及其控制方法 16 計(jì)算法和調(diào)制法 16 異步調(diào)制、同步調(diào)制和分段同步調(diào)制 19 直流PWM變換器的基本類型和工作原理 21 有關(guān)SPWM控制的計(jì)算法 23 利用軟件產(chǎn)生SPWM脈沖 25 數(shù)字三角波的產(chǎn)生、PWM的輸出 26 關(guān)鍵的控制參數(shù) 26第5章 軟件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試 28 MATLAB語言及特點(diǎn) 28（SPWM）的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 29 系統(tǒng)模塊的結(jié)構(gòu)組成與建立 29 調(diào)速系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 29 調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果與分析 30 調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試 33 控制系統(tǒng)的的概述 33 采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）調(diào)速系統(tǒng)的研究內(nèi)容 35 35 系統(tǒng)的調(diào)試與性能測試 36 系統(tǒng)性能測試的結(jié)果和分析 38結(jié)論 44社會經(jīng)濟(jì)效益分析 46參考文獻(xiàn) 47致 謝 48第1章 緒論 課題背景DSP(Digital Signal Processor)芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 DC speed regulation system。最后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）技術(shù)對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制的有效性。運(yùn)用Matlab采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的感應(yīng)電機(jī)閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真?；贒SP的方波無刷直流電動機(jī)（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)院 系自動化學(xué)院專 業(yè)自動化班 級5407202學(xué) 號200504072052姓 名劉 聰指導(dǎo)教師張紅梅負(fù)責(zé)教師張紅梅沈陽航空工業(yè)學(xué)院2009年6月摘 要脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)是一種控制電機(jī)速度的有效調(diào)制方式。本文闡述了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的基本原理及其逆變電路，介紹了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的計(jì)算方法。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于DSP的電機(jī)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，觀測在采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）控制方式下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動態(tài)以及有關(guān)控制參數(shù)變化的影響。關(guān)鍵詞： SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）；調(diào)速系統(tǒng) ；DSP控制；MatlabAbstractPulse width modulation (PWM) technology is an effective modulation scheme of controlling the motor speed. In this paper, the basic principles of PWM technology and its inverter circuit has been stated. This paper has also mentioned the calculation methods of the PWM technique. The induction motor closedloop VVVF speed control system with Matlab and SPWM has been employed for modeling and simulation. On the basis of the theoretical analysis and simulation study, the hardware design of the DSPbased VVVF motor control system has been made. Then the influences of the steady state and dynamic state of the system altogether with the controlled parameters have been observed under the condition of the pulse width modulation (SPWM) control. Finally, the results of the experiment show that the sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technology is effective to the doubleloop control of DC drive system. Key words: (SPWM) sine pulse width modulation。 DSP Control 。現(xiàn)代DSP芯片作為可編程超大規(guī)模集成電路(VLSI)器件，通過可下載的軟件或內(nèi)部硬件來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理功能。無刷直流電機(jī)（BLDCM）是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流；無刷直流電機(jī)又可以分為無刷速率電機(jī)和無刷力矩電機(jī)。有時候把前一種叫直流無刷電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切地講是交流伺服電動機(jī)的一種。無刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%—50%左右。這種電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。PWM調(diào)速較其它調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)：1）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；2）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；3）若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)；4）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；5）直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。隨著DSP信號處理技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，基于DSP控制系統(tǒng)早已應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，本課題設(shè)計(jì)的就是基于DSP的直流電動機(jī)（BLDCM）的變頻控制調(diào)速系統(tǒng)。一直以來，直流電動機(jī)以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，以及寬闊而平滑的調(diào)速性能，在需要調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位。為了取代有刷直流電動機(jī)這種電刷－換向器結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸裝置，人們對此進(jìn)行了長期的探索。20世紀(jì)三十年代，有人開始研制以電子換向取代電刷機(jī)械換向的無刷直流電機(jī)，但當(dāng)時，由于受到元器件的限制，沒有發(fā)展起來。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對1876年美國人霍爾發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)再次發(fā)生興趣，經(jīng)過多年努力，終于在1962年試制成功了借助霍爾元件換流的無刷直流電動機(jī)，從而開創(chuàng)了無刷直流電動機(jī)的新紀(jì)元。1978年原西德MANNESMANN公司在漢諾威貿(mào)易博覽會上推出MAC方波無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動器，標(biāo)志著方波無刷直流電動機(jī)技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。近年來隨著高性能永磁材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，永磁無刷直流電機(jī)得到了迅速的發(fā)展。直流無