【正文】 41 控制電路及外圍電路的設(shè)計 ............................................................................................ 41 DSP 控制芯片的特點 .............................................................................................. 41 電源電路 ................................................................................................................. 43 電流、電壓檢測電路 ............................................................................................. 44 保護電路 ................................................................................................................. 45 6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................................................................................................... 46 軟件設(shè)計概述 ..................................................................................................................... 46 混合編程方法 ......................................................................................................... 46 數(shù)據(jù)定標 ................................................................................................................. 46 軟件變量的標幺值表示法 ..................................................................................... 46 系統(tǒng)控制軟件的任務(wù)及設(shè)計方案 .................................................................................... 47 系統(tǒng)軟件模塊的實現(xiàn) ........................................................................................................ 48 初始化模塊 ............................................................................................................. 48 電流采樣模塊 ......................................................................................................... 49 故障中斷服務(wù)程序模塊 ......................................................................................... 49 PI 調(diào)節(jié)器模塊 .......................................................................................................... 50 基于 MRAS 的磁鏈、轉(zhuǎn)速觀測模塊 .................................................................... 51 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計 ........................................................................................................ 52 7 總結(jié)與展望 ................................................................................................................................... 54 總結(jié) .................................................................................................................................... 54 后期工作展望 .................................................................................................................... 54 參考文獻 ........................................................................................................................................... 55 翻譯部分 ........................................................................................................................................... 56 中文譯文 ................................................................................................................................... 56 英文原文 ................................................................................................................................... 62 致 謝 ............................................................................................................................................... 69 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 1 頁 1 緒論 引言 現(xiàn)代社會，電機作為主要的動力設(shè)備廣泛的用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技以及社會生活的方方面面。 從 20 世紀 20 年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)，直流電機由于其勵磁電路和電驅(qū)電路互相獨立，可以分別控制勵磁電流和電驅(qū)電流，從而控制勵磁磁鏈和轉(zhuǎn)矩。但由于直流電動機采用機械接觸式換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費時、價格高、易于磨損、維護麻煩，并且難向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量發(fā)展，這就限制了直流電動機的應(yīng)用。 1885 年，世界上第一臺交流電機問世，交流電機出現(xiàn)后，特別是鼠籠型異步電機，由于結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、轉(zhuǎn)動慣量小、運行可靠、制造方便、價格低廉、容量沒有限制，維護方便，對環(huán)境要求不高等優(yōu)點被廣泛使用。另一類調(diào)速方法是調(diào)解電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度，只是一種高效的調(diào)速方法，即通過變頻來實現(xiàn)。 直到 1968 年， Darmstader 工科大學(xué)的 Hasse 博士，發(fā)表了第一篇關(guān)于矢量控制的論文；1971 年，聯(lián)邦德國學(xué)者、西門子公司的 將這種一般化的概念形成系統(tǒng)理論，并以磁場定向控制為名稱的專利的形式發(fā)表。基于異步電機模型多變量、強耦合、非線性的本質(zhì)特點，矢量控制原理引入了坐標變換，在講原本復(fù)雜的異步電機模型等效為 MT模型的基礎(chǔ)上，再進一步簡化為類似如直流電機的模型。 電力電子器件 和微處理器的發(fā)展 在現(xiàn)代電機控制系統(tǒng)中，無論是直流電機控制還是交流調(diào)速系統(tǒng)，都需要可控的電源，在 20世紀 50年代，可控電源都是旋轉(zhuǎn)變流機組，控制器件都是電磁器件，整個控制設(shè)備龐大而笨重。矢量控制技術(shù)的提出，提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能，但是要實 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 2 頁 現(xiàn)矢量控制， 如用復(fù)雜的模擬電子電路來實現(xiàn)，其設(shè)計、制造和調(diào)試都很麻煩，有些計算功能根本無法實現(xiàn)。由此可見，電力電子器件和微處理器的應(yīng)用是現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的兩項必備的物質(zhì)基礎(chǔ)，電力電子器件和微處理器的迅速發(fā)展是推動交流調(diào)速系統(tǒng)不斷更新的動力。近 20 年來，電力電子器件的發(fā)展非常迅猛，從只能觸發(fā)導(dǎo)通不能控制關(guān)斷的半控型器件 (如晶閘 管 )，到可以控制導(dǎo)通和關(guān)斷的全控型器件 。從低頻開關(guān)到高頻開關(guān) 。從小功率 ( 10Kw)到大功率 ( 1 Mw)，新一代的器件帶來新一代的變流器，又推動了新一代電機控制系統(tǒng)的產(chǎn)生，成為現(xiàn)代電機控制技術(shù)發(fā)展的先鋒 【 5】 。因此 70 年代以后，人們陸續(xù)研制出各種全控器件用于交流調(diào)速系統(tǒng)，常用的全控器 件有 PMOSFET, BJT, GTO 和 IGBT 等。 PMOSFET 的優(yōu)點是驅(qū)動功率小、開關(guān)時間短、安全工作區(qū)寬，幾乎沒有二次擊穿效應(yīng)，可靠性較高 。 BJT 的很多特征和PMOSFET 相反，其主要缺點是開關(guān)期間可能發(fā)生局部過熱的二次擊穿，使器件損壞，其開關(guān)頻率低于 5kHz，因此噪聲較大。 80年代出現(xiàn)的 IGBT 融合了 MOSFET 和 BJT 的優(yōu)點，開關(guān)頻率高、 MOS 門極驅(qū)動、導(dǎo)通壓降小、安全工作區(qū)寬， IGBT 構(gòu)成的變頻器噪音低，因此在中小容量應(yīng)用已經(jīng)逐漸取代 BJT。在大功率電力電子器件中，正在研制場控化的 GTO，即 MCT，目前研制樣品雖已達到 1000V 、 100A 的水平，但還處于研究開發(fā)階段。 由于各種開關(guān)器件的工作原理不同，它們所能承受的開關(guān)功率和開關(guān)頻率也不一樣，一般來說，開關(guān)頻率越高的器件，允許的開關(guān)功率就越小， MOSFET 的允許功率最小而頻率最高，IGBT 和 BJT 次之， GTO 再次之， SCR 的功率最大而頻率最低。目前 PIC 只能達到低壓小功率的水平，如智能功率模塊 (IPM ),作為 PIC 的過渡產(chǎn)品，在交流變頻調(diào)速器中已大量使用。其內(nèi)部集成了驅(qū)動和保護電路，使硬件電路設(shè)計和開發(fā)變得簡單可靠。微處理器構(gòu)成的數(shù)字控制優(yōu)越性表現(xiàn)為 : 1)控制器的硬件電路標準化程度高、成本低、可靠性高。 3)信息存儲、診斷和檢控的能力不斷提高，隨著 CPU 運算速度的存儲容量 的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)各種新型的復(fù)雜控制策略。這類單片機具有豐富的硬件和軟件資源，也可以用于實時控制，但是當需要大量數(shù)據(jù)計算處理或浮點運算，對快速性要求較高時，則能力不足。90年代 TI公司又推出一種專門用于數(shù)字電機控制 (DMC)的 DSP產(chǎn)品 :TMS320F/C24x系列。24x屬于 16 位定點 DSP 基于 39。C2xLP 為運算內(nèi)核，它將高性能的 CPU 和眾多外設(shè)接口集成在一個芯片內(nèi)。24x 的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計是基于一種改進的哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間和輸入 /輸出端口是并行分布設(shè)計的，其指令執(zhí)行采用 4級流水線操作，大多數(shù)指令都是單周期指令 (50ns )。 39。 39。24x 還具有串行通訊、中斷控制等功能，所有這些功能使得 39。本文實驗部分就是采用 F243 作為控制器運算核心。因此很多情況下，人們是利用同軸安裝的速度傳感器測速度。 （ 2） 碼盤在電機軸上的安裝，安裝不當將影響測速精度，降低系統(tǒng)的可靠性。 因此，無速度傳感器技術(shù) 【 6】【 7】 的研究顯得更為迫切，成為研究的熱點。因此，無速度傳感器矢量控制技術(shù)的核心是如何準確地獲取電機的轉(zhuǎn)速信息。其中一種是利用同步轉(zhuǎn)速減去轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速得到電機的轉(zhuǎn)子速度 【 8】 。 為了克服磁鏈計算時的積分漂移問題，提出利用轉(zhuǎn)子反電動勢計算同步轉(zhuǎn)速。 顯然，直接計算法是比較典型的基于電機精確模型的開環(huán)轉(zhuǎn)速估計方法，其優(yōu)點是直觀性強，計算量小，基本沒有遲延，現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的一些無速度傳感器變頻器仍有一部分是基于此方法設(shè)計的。一般在速度計算的同時需要進