基于dsp的异步电动机矢量控制系统设计与仿真.rar

摘 要
新技术的发展给电机控制行业带来了新的发展机遇，交流电机的矢量控制是90年代出现的高性能交流电机调速。矢量控制是仿照直流电机励磁和转矩分开控制的思想来控制交流电机，因此交流电机矢量控制系统与直流调速系统性能相近。应用矢量控制的交流电机调速系统能获得比恒压频比调速、转差频率控制、直接转矩控制等调速方式更好的动态性能。
无速度传感器矢量控制和电机参数辨识是矢量控制的两个新的研究方向，本文利用异步电机在三相静止坐标系下的数学模型推导出两相静止坐标系、两相同步旋转坐标系(PARK变换)下的数学模型，根据磁动势守恒和功率守恒的原则，得出各坐标变换公式；通过不同磁场定向方式的比较发现，异步电机按转子磁场定向时定子电流励磁分量和转矩分量可以比较方便地实现解耦。本文总结了现有的转子磁链观测方式和电机速度估计方式，通过对不同磁链观测方式和不同电机转速估计方式的仿真及其分析发现，用改进的电压模型观测转子磁链、用PI自适应法估计电机转速时效果比较理想（PI自适应法是模型参考自适应法的一种变化形式）；另外本文根据直流调速系统的思想设计并计算了速度环、磁链环两个PI调节器，计算出转子磁链给定值及改进的电压模型观测转子磁链环节、PI自适应法电机转速估计环节和定子电压、定子电流测量环节形成异步电机转子磁场定向矢量控制系统。通过利用MATLAB对该系统的速度仿真发现该系统的转速能比较好的跟踪给定值，控制效果比较好。
为了更好地实现异步电机的实时性控制，本文用专门用于电机控制的DSP作为系统的核心控制器件对系统进行控制。

关键词：转子磁链矢量控制  异步电机  PARK变换  DSP                 

Abstract
The development of new technologe brings new chance of motor control industry, Vector control of AC motor is a novel speed-adjusting form of AC motor, The concept  of vector control is to control AC motor according to DC motor controlling the flux current and  torque current seperatedly, so vector control systems of AC motor have the same performances as DC speed-adjusting systems , and have better dynamic performance than the constant  vertz-per-hertz ratio control、slip frequence control、direct torque control (DTC)。
The speed-sensorless vector control and the identification of motor parameters in this paper are the two novel research of vector control。Using asynchronous machine’s mathematic model in three-phase static reference frame, this paper has derived it’s mathematic model in two-phase static reference frame and in two-phase rotating reference frame, and got the coordinate transformance formulus based on the constant magnetic force and power force, by compared different  field orientation methods, we can find that field orientation at rotor field can realize the decoupling of the stator current  flux component and torque component。This paper summarized the existing observation methods of rotor flux and estimation methods of rotor speed, then by simulating and analyzing the methods of rotor flux observation and that of rotor speed estimation we can find that improved voltage model observing rotor flux and PI adaptive method estimating rotor speed have good results, in addition, we designed two PI adjuster：    and calculated their parameters, calculated the reference value of rotor flux and then we can get a rotor flux vector control system including improved voltage model、PI adaptive speed estimation model、the two PI adjuster、stator voltage and current measurement model.Using MATLAB software to simulate it’s speed curve, we can derive that the speed of the system can trace the reference value well, and the controlling result is better.
In order to realize real-time control to asynchronous motor, the system regard a DSP as  a core controller which is specially used to control motors.

Key words： Field -oriented control(FOC) of rotor flux linkage， Induction motor,  PARK,  DSP

目录

1 绪论……………………………………………………………………...1
1.1交流异步电机控制系统发展现状………………………………….1
1.1.1电力电子器件与技术的发展………………………………..1
1.1.2微处理器及计算机技术的发展……………………………..1
1.1.3控制理论的发展……………………………………………..2
1.1.4计算机技术的发展…………………………………………..2
1.1.5PWM技术的发展…………………………………………….3
1.2 异步电机控制系统的类型…………………………………………3
1.2.1矢量变换控制系统…………………………………………..3
1.2.2转差频率矢量控制系统……………………………………..4
1.2.3直接转矩控制系统…………………………………………..4
1.2.4空间矢量调制控制系统……………………………………..5
1.2.5智能控制系统………………………………………………..5
1.3电机DSP控制系统的特点…………………………………………5
1.4选题的目的和意义………………………………………………….6
2 矢量控制理论…………………………………………………………...8
2.1 异步电机数学模型和坐标变换……………………………………8
2.1.1坐标变换……………………………………………………..8
2.1.2异步电机数学模型………………………………………….11
2.2 矢量控制原理……………………………………………………...12
2.2.1矢量控制的基本思想及实现……………………………….12
2.2.2转子磁场定向矢量控制基本方程………………………….13
2.2.3矢量控制方式……………………………………………….15
2.3 电压空间矢量法……………………………………………………16
2.3.1电压空间矢量脉宽调制的基本原理……………………….16
2.3.2 利用TMS320LF2407A生成SVPWM…………………….19
2.4 小结…………………………………………………………………20
3 基于DSP的异步电动机矢量控制系统……………………………….21
3.1引言………………………………………………………………….21
3.2 TMS320LF2407芯片概况………………………………………….21
3.3异步电动机矢量控制系统基本组成……………………………….23
3.4异步电动机矢量控制DSP硬件部分实现…………………………25
3.4.1主回路设计……………………………………………………..26
3.4.1.1整流和滤波电路…………………………………………..26
3.4.1.2逆变电路IPM模块……………………………………….27
3.4.2控制电路的设计……………………………………………….29
3.4.2.1电流检测电路……………………………………………..29
3.4.2.2速度检测…………………………………………………..31
3.4.2.3 PWM驱动接口电路……………………………………....31
3.4.2.4基准电压电路……………………………………………..32
3.5异步电动机矢量控制DSP软件流程……………………………...32
4系统仿真………………………………………………………………...35
5结论……….. ……………………………………………………………37
参考文献…………………………………………………………………..39
致谢………………………………………………………………………..41