基于DSP的异步电机自适应矢量控制系统的研究

论文摘要

随着智能控制理论和计算机技术的日趋成熟和完善,嵌入式已经成为当今主流技术的一个发展方向,嵌入式系统已广泛覆盖汽车、电梯、工业自动化、电机控制等领域,嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器,比如ARM,DSP,单片机等。矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的,它的思想就是将异步电机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换,将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,达到直流电机的控制效果。本文首先建立了三相异步电动机的数学模型,依据矢量控制的思想逐步推导得出两相同步旋转的d-q坐标系下的数学模型并作为转子磁链自适应观测器设计时的电机状态方程,在矢量控制中引入自适应控制理论,经过全面的介绍和深入的理解后将其融入到电机控制的关键环节转子磁链观测器的设计中,列举了自适应控制原理应用于系统状态观测器的方法,设计了异步电机的转子磁链自适应观测器,设计了电机参数的自适应律,证明了磁链观测器的收敛性,在该系统中利用高性能的电机控制专用芯片DSP56F8346的强大运算能力和快速实时处理能力,使复杂的控制算法更加容易实现,提高了异步电动机的调速性能。文中给出基于DSP控制的软件设计方案,实现了转子磁链自适应观测算法的离散化处理,在CodeWarrior IDE平台上编写生成了异步电机控制各功能模块的代码,包括ADC采样模块,PWM波形生成模块,解耦算法模块,转子磁链自适应算法模块,使用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真,仿真结果表明这种自适应转子磁链观测方法是可行的,整个矢量控制系统得到了优化,最后对研究结果进行了总结同时确定了下一步的研究目标。该矢量控制系统的研究为今后开发更高性能的变频调速系统奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 交流调速技术发展的研究
• 1.1.1 电力电子器件的发展是交流调速的物质基础
• 1.1.2 现代控制理论推动了交流调速的发展
• 1.1.3 数字控制技术的发展加速了交流调速的发展
• 1.2 交流传动的基本控制策略及辅助策略
• 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 自适应控制问题的提出及其发展概况
• 本章小结
• 第二章 三相异步电机的数学模型
• 2.1 前提和假设
• 2.2 三相静止坐标系下的数学模型
• 2.3 两相α- β静止坐标系下的数学模型
• 2.3.1 3/2 变换与2/3 变换
• 2.3.2 两相静止坐标系下数学模型
• 2.3.3 α- β坐标系下数学模型的状态方程表示
• 2.4 两相以任意角速度ωk 旋转的d k -q k 坐标系下的数学模型
• 2.4.1 两相-两相坐标的旋转变化（VR 与VR-1 变换）
• 2.4.2 数学模型
• 2.4.3 两相同步旋转的d-q 坐标系下的数学模型
• 2.5 异步电机的可控可观性分析
• 本章小结
• 第三章 转子磁链的自适应观测
• 3.1 矢量控制系统的参数敏感性问题
• 3.2 磁链观测器常用设计方法及其优缺点
• 3.3 基于误差反馈的转子磁链观测器
• 3.4 磁链自适应观测
• 3.4.1 观测模型的设计及误差模型的建立
• 3.4.2 磁链位置角的计算
• 3.4.3 磁链自适应观测的Matlab/Simulink 仿真
• 3.4.4 磁链观测自适应算法的软件实现方案
• 本章小结
• 第四章 系统硬件与软件设计
• 4.1 微控制器的选择原则
• 4.2 主控芯片DSP56800E 简介
• 4.3 系统主电路配置
• 4.4 DSP 软件开发平台
• 4.4.1 CodeWarrior IDE 的组成
• 4.4.2 利用CodeWarrior IDE 的开发流程
• 4.4.3 处理器专家接口（PEI）简介
• 4.5 空间矢量PWM 调制的基本原理
• 4.6 控制系统软件模块说明
• 4.6.1 PWM 输出控制
• 4.6.2 PWM 控制ADC 同步采样
• 4.6.3 解耦算法模块
• 本章小结
• 第五章 矢量控制系统仿真
• 5.1 仿真工具简介
• 5.2 系统仿真
• 5.2.1 带有转子磁链观测器的系统仿真
• 5.2.2 SPWM 控制仿真及结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢