基于DSP的异步电动机矢量控制系统设计与实验研究

摘要

本文首先对一个转差型矢量控制系统，分别用Simulink/Powerlib和M文件两种方法进行了仿真对比研究，阐述了它们各自的特点，并用状态空间方法分析了Powerlib的工作原理。由于感应电机数学模型复杂，具有非线性、时变、耦合等特点，因此用模糊算法替代传统的PID算法对矢量系统进行仿真，仿真结果表明模糊速度控制器的系统动态性能优于PID控制器，但是静态存在一定的偏差。其次依据矢量控制的原理，以电机控制专用的DSP芯片TMS320LF2407为核心，设计、开发了一套基于DSP的矢量控制变频调速实验平台。文中对智能功率模块IPM、DSP芯片、电流和转速检测电路以及异步电机矢量控制系统各个功能模块的DSP编程实现都进行了详细的介绍，重点介绍了模糊算法和空间矢量算法(SVPWM)的DSP编程实现方法。最后，本文在实验平台上分别完成了V/F开环、V/F转速闭环和异步电机矢量控制三个实验，分别介绍了它们的调试过程以及它们之间相互关系，并进一步对比分析了实验结果。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2交流调速技术发展的研究

1.2.1电力电子器件的发展是交流调速的物质基础

1.2.2现代控制理论推动了交流调速的发展

1.2.3数字控制技术的发展加速了交流调速的发展

1.3智能控制在交流调速系统中的应用

1.4国内外研究现状

1.5本文的内容安排

第2章异步电动机矢量控制系统原理

2.1引言

2.2坐标变换和变换矩阵

2.2.1三相-两相变换(Clarke)变换

2.2.2两相-两相旋转变换(Park)变换

2.3三相异步电动机两相坐标系上的数学模型

2.3.1两相任意转速旋转坐标系(dq坐标系)上的数学模型

2.3.2两相同步旋转坐标系上的数学模型

2.3.3两相坐标系上的状态方程

2.4异步电动机矢量控制系统原理

2.4.1矢量控制系统的基本思路

2.4.2按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦控制

2.4.3转子磁链模型

2.4.4带转矩内环的直接矢量控制系统

2.5本章小结

第3章异步电动机矢量控制系统仿真研究

3.1引言

3.2电气传动系统的建模和状态空间描述

3.3电气系统工具箱的运行原理和使用

3.4异步电动机矢量控制系统的建模和仿真

3.4.1基于POWERLIB矢量控制系统建模和仿真

3.4.2基于M文件矢量控制系统建模和仿真

3.5本章小结

第4章基于DSP的异步电动机V/F模糊控制的编程实现

4.1引言

4.2模糊控制器的DSP编程实现方法

4.2.1模糊空间的划分和隶属函数选取

4.2.2模糊规则表和隶属函数表的建立

4.2.3转速模糊控制器DSP算法流程

4.3电压空间矢量SVPWM技术

4.3.1电压空间矢量SVPWM的原理

4.3.2电压空间矢量SVPWM的数学模型

4.3.3电压空间矢量SVPWM的DSP实现方法

4.4异步电机V/F模糊速度控制器闭环系统仿真和实验

4.5本章小结

第5章基于DSP的异步电动机矢量控制系统实验研究

5.1引言

5.2 TMS320LF2407芯片概况

5.3异步电动机矢量控制系统基本组成

5.4异步电动机矢量控制DSP实现-硬件部分

5.4.1 TMS320LF2407目标板

5.4.2主回路设计

5.4.3控制电路的设计

5.5异步电动机矢量控制DSP实现-软件部分

5.5.1坐标变换

5.5.2转子磁链位置的计算

5.5.3数字PI调节器的实现方法

5.5.4采样电流和参数的规格化

5.5.5 Sin和Cos的计算

5.5.6增量式编码器速度检测

5.6本章小结

第6章系统调试与实验分析

6.1实验平台与对象

6.2 V/F开环实验

6.2.1程序调试

6.2.2 SVPWM算法验证

6.2.3功率保护的调试

6.2.4驱动电路的调试

6.2.5电阻性负载的调试

6.2.6异步电动机的空载调试

6.3 V/F转速闭环实验

6.3.1转速环和模糊控制算法的调试

6.3.2电动机空载和负载的调试

6.4矢量控制实验

6.4.1检测电路的调试

6.4.2矢量控制程序调试

6.5本章小结

结论

附录1实验台硬件电路图（DSP目标板）

附录2 DSP矢量控制系统程序（部分）

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介