基于DSP的感应电动机交流调速实验平台的研究与设计

摘要

采用高效率经济型交流调速系统取代直流调速系统已成为电机调速技术的发展方向，在高校相关专业中深入开展交流调速技术的学习与研究意义重大。目前国内交流调速实验平台存在数字化程度不高、不适合二次开发、操作复杂及控制算法传统等问题。因此，本文研究并设计了一套人机界面友好、操作方便且适合二次开发的交流调速实验平台，为高校相关课程实验环节的开展和交流调速算法研究提供通用实验平台。
　　 论文首先对交流调速实验平台进行了总体设计，再从硬件和软件设计两部分展开论述。硬件部分围绕主电路、控制电路和保护电路三部分详细介绍了系统的工作原理和设计思想，为交流调速控制算法实现提供了完善的硬件基础。软件部分介绍了人机交互界面的设计与算法软件的总体设计思想。在实验平台基础上，设计了以TMS320F2812型DSP为控制核心的有速度传感器和无速度传感器矢量控制实验。分析了矢量控制的基本原理、控制思想和系统组成，详细说明了基于SVPWM的矢量控制系统软件设计方法，并给出具体流程图。针对速度传感器会导致系统成本高、安装麻烦、机械可靠性低、环境适应性差等问题，在原有基础上引入了基于MRAS算法的无速度传感器矢量控制。简单介绍了MRAS理论，并通过对传统模型的分析提出了一种交互式改进模型。最后完成了软件设计并进行实验。
　　 实验结果表明，基于DSP的三相感应电动机交流调速实验平台的软硬件设计合理，同时也验证了基于改进模型的MRAS算法减小转速估计误差的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 交流电机变频调速技术发展概述

1．3 无速度传感器矢量控制研究现状

1．4 交流调速实验平台研究现状

1．5 论文主要研究内容和结构安排

第二章 交流调速实验平台方案设计

2．1 实验平台设计目标

2．1．1 实验平台的功能要求

2．1．2 实验平台的技术指标

2．2 实验平台总体设计

2．2．1 实验平台总体外观设计

2．2．2 实验平台总体结构设计

2．3 系统硬件设计

2．3．1 主电路设计

2．3．2 控制电路及外围电路设计

2．3．3 保护电路设计

2．4 系统软件设计

2．4．1 人机界面软件

2．4．2 控制算法软件开发

2．5 本章小结

第三章 有速度传感器矢量控制实验设计与软件实现

3．1 感应电动机的数学模型

3．1．1 感应电动机三相坐标系下原始数学模型

3．1．2 坐标变换和变换矩阵

3．1．3 感应电机在不同坐标系下的数学模型

3．1．4 感应电动机假想模型和矢量控制原理

3．2 转子磁链定向矢量控制系统

3．2．1 转子磁链定向矢量控制原理

3．2．2 转子磁链观测模型

3．3 空间电压矢量PWM(SVPWM)控制

3．3．1 SVPWM控制基本原理

3．3．2 SVPWM算法实现

3．4 基于SVPWM的感应电机矢量控制系统

3．4．1 基于SVPWM的矢量控制

3．4．2 磁通PI调节器设计

3．4．3 转矩PI调节器设计

3．4．3 转速PI调节器设计

3．5 有速度传感器矢量控制系统软件设计

3．5．1 系统主程序

3．5．2 PWM中断服务程序

3．5．3 故障中断服务程序

3．6 实验结果与分析

3．7 本章小结

第四章 无速度传感器矢量控制实验设计与软件开发

4．1 无速度传感器矢量控制

4．1．1 采用无速度传感器控制带来的问题

4．1．2 无速度传感器矢量控制系统结构

4．1．3 无速度传感器速度辨识方法

4．2 基于改进模型参考自适应方法的速度辨识研究

4．2．1 模型参考自适应算法原理

4．2．2 基于转子磁链模型参考自适应的速度辨识与存在的问题

4．2．3 基于改进模型参考自适应的速度辨识

4．3 无速度传感器矢量控制软件设计

4．3．1 PWM中断服务程序

4．3．2 MRAS算法的DSP实现

4．4 实验结果与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果