采用DSP和CPLD实现的矢量控制变频调速系统

摘要

在许多需要精确位置控制的领域,如工业、民用设备及医疗设备中,都需要有高性能的变频调速系统.现行许多设备并没有很好的完成这样的需求,因此研究高精度的变频调速技术有着重要的意义.该文对电机拖动系统中控制策略进行了研究,讨论了基于数字信号处理器的异步电机矢量控制系统,并详细分析了系统硬件、软件设计的重点首先介绍了基于磁场定向的矢量控制系统的设计原理及设计方法,叙述空间电压矢量脉冲宽度调制(SVPWM)和线电压脉冲宽度调制(LVPWM)的基本原理,介绍了用数字信号处理器TMS320F240生成LVPWM,以及用硬件和软件方式实现SVPWM,并对二者进行了对比行的研究.采用美国TI公司的数字信号处理器(Digital Signal Processor)TMS320F240芯片作为系统的处理器,此芯片计算速度很快,使得矢量控制算法得以实时的处理.此外,由于其内部提供了强大的功能模块,也使系统的设计得到极大的简化.脉冲宽度调制技术,可以改善变频器的输出波形,降低电动机的谐波损耗,并减小转矩脉动,加快了调节速度,提高了系统的动态响应性能.因此,该文重点分析了几种脉宽调制技术,讨论了一种新的脉宽调制想法,并根据实际应用将其完善,最后设计出了具体算法.

目录

文摘

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声明

第一章前言

1.1变频技术研究的可行性

1.1.1调速系统的发展、现状

1.1.2变频调速技术的广泛应用

1.1.3变频技术在生物医学工程方面的广泛应用

1.2本设计的内容

1.2.1设计内容

1.2.2论文结构安排

第二章磁场定向矢量控制原理

2.1基础的变频调速知识

2.2磁场定向控制的基本思想

2.2.1直流电动机的控制原理

2.2.2交流电机磁场定向控制基本思想

2.3异步电动机矢量控制原理

2.3.1三相静止/两相静止坐标变换(克拉克clark变换)

2.3.2两相静止/两相旋转坐标变换(帕克park变换)

2.3.3交流与直流电动机控制理论的统一性

2.4系统功能描述

2.4.1变频调速系统描述

2.4.2控制系统描述

第三章脉宽调制技术

3.1正弦脉宽调制(SPWM)

3.2空间电压矢量脉冲宽度调制(SVPWM)

3.3线电压脉冲宽度调制(LVPWM)

3.3.1单极性LVPWM控制原理

3.3.3双极性LVPWM控制原理

第四章控制系统硬件电路设计

4.1 CPLD器件实现的显示和保护电路

4.1.1 PLD器件的发展和应用

4.1.2 MAX7000系列、EPM7128功能简介

4.1.3键盘、显示的控制面板

4.1.4 CPLD的硬件接口电路

4.2 DSP芯片F240概述

4.2.1电机控制采用DSP的必要性

4.2.2 DSP芯片F240的内部结构

4.2.3硬件设计时应注意的问题

4.2.4调试时的注意事项

4.3 DSP芯片外围电路

4.3.1时钟电路设计

4.3.2复位电路设计

4.3.3 DSP子板仿真测试口设计

4.3.4参考指令给定电路

4.4电流、速度双反馈电路设计

4.4.1速度反馈接口电路

4.4.2电流反馈检测接口电路

4.5 PWM输出接口电路

4.6控制系统电源电路

第五章控制系统软件设计

5.1使用VHDL实现显示，键盘功能

5.1.1 VHDL语言优越性

5.1.2 VHDL设计方法

5.1.3 VHDL实现的功能

5.2控制系统主程序设计

5.3控制系统中断子程序设计

5.3.1反馈电流检测及计算

5.3.2反馈速度采样及计算

5.3.3 PI调节器的设计

5.3.4转子磁场方向计算

5.3.5 SVPWM算法软件设计

5.3.6线电压脉宽调制(LVPWM)的实现方法

5.4软件设计与调试注意事项

第六章试验结果和设计总结

6.1硬件与软件切换模式比较分析

6.2 LVPWM和SVPWM比较分析

6.3相关的实验数据和结果

6.4设计总结

参考文献

致谢