基于DSP的多相感应电机矢量控制系统

摘要

多相感应电机相对传统的三相电机而言，它的系统可靠性高，直流侧电压低，用较低电压等级的器件就可以实现大功率传动。然而作为一种新的技术，它的控制方法在理论和实践中仍然存在大量值得研究和探讨的问题。 本文首先介绍了矢量控制的基本原理，在Matlab/Simulink中实现了三相感应电机矢量控制系统，取得了满意的效果，为后续章节对多相感应电机进行同类分析做好了充分准备。然后以多相感应电机为研究对象，利用电压矢量空间解耦方法分析逆变供电下，供电电压中各次时间谐波在电机运行中所起的作用，提出标准基与谐波基之间的变换矩阵，建立任意多相感应电机在谐波基下的数学模型。并借此证明了任意多相电机在两相静止坐标系下的数学模型是一致的，为将成熟的三相电机高性能的矢量控制策略用于多相电机系统提供了理论依据。在建立多相电机在两相静止坐标系下的数学模型基础之后，利用微量分析方法实现了电机模型的完全解耦并对系统的稳定性进行了分析；以双Y移30°六相感应电机为例，推导出6s/2s、6s/2r等坐标变换公式，以此变换公式建立了六相电机在同步旋转坐标系(d-q)下的数学模型和矢量控制基本方程，并在Matlab/Simulink中实现了其矢量控制系统。仿真结果表明双Y移30°六相感应电机比传统三相电机有更好的动静态性能。 本文最后以数字信号处理器(DSP)为核心、以IPM作为功率元件开发了一套六相感应电机矢量控制系统。重点介绍了DSP最小系统、电流检测电路、速度检测电路和以IPM为核心的主电路；进一步介绍了控制系统的软件结构，给出了详细的软件流程图。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2电力电子器件和微处理器的发展

1.2.1电力电子器件的发展

1.2.2微处理器的发展

1.3交流电机调速系统的发展与现状

1.4本文研究的目的和内容

第2章矢量控制原理及三相感应电机矢量控制仿真

2.1矢量控制的发展和基本原理

2.2坐标变换

2.2.1从三相到两相的静止坐标变换(3s/2s)

2.2.2从两相静止到两相旋转的坐标变换(2s/2r)

2.2.3从三相静止到两相旋转的坐标变换(3s/2r)

2.3三相感应电机在不同坐标系下的数学模型

2.3.1在两相静止坐标系(α-β)下的数学模型

2.3.2在两相旋转坐标系(d-q)下的数学模型

2.4磁场定向和矢量控制的基本方程

2.4.1磁场定向

2.4.2矢量控制基本方程

2.5三相感应电机矢量控制的仿真

2.5.1 MATLAB/SIMULINK简介

2.5.2三相感应电机矢量控制的仿真

2.6本章小结

第3章多相感应电机的数学模型及稳定性分析

3.1多相感应电机概述

3.2多相感应电机矢量空间解耦变换

3.3双Y移30°六相感应电机矢量空间解耦变换

3.4标准基下的多相感应电机的数学模型

3.5谐波基下的多相感应电机的数学模型

3.5.1电压方程

3.5.2电磁转矩方程

3.5.3状态方程和输出方程

3.6多相感应电机稳定性分析

3.7本章小结

第4章多相感应电机的矢量控制

4.1多相感应电机的坐标变换

4.1.1 6s/2s变换

4.1.2 2s/2r变换

4.1.3 6s/2r变换

4.2多相感应电机在旋转坐标系(D-Q)下的数学模型

4.3磁场定向

4.4矢量控制基本方程

4.4.1电压方程

4.4.2磁链方程

4.4.3转矩方程

4.4.4电流方程

4.4.5转速方程

4.4.6转子磁链观测方程

4.5多相感应电机矢量控制仿真

4.5.1同容量三相感应电机与六相感应电机的参数比较

4.5.2六相感应电机矢量控制仿真

4.5.3六相感应电机与同容量的三相感应电机仿真结果比较

4.6本章小结

第5章多相感应电机矢量控制系统的DSP实现

5.1 TMS320LF2407概述

5.2硬件实现

5.2.1电流的采样及处理

5.2.2转速的检测

5.2.3 DSP及接口电路

5.2.4通讯接口模块

5.2.5主回路

5.2.6抗干扰处理

5.3软件实现

5.3.1主程序

5.3.2 PWM中断服务子程序

5.3.3串行通信子程序

5.3.4掉电保护中断服务子程序

5.4本章小结

结论与展望

全文总结

进一步工作的展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间发表的学术论文目录)