基于DSP的模糊PID矢量控制变频器的研究

论文摘要

随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及交流电机矢量控制理论的提出,使得变频器技术得到极大的发展。而且,近些年来,模糊控制理论也有着很大的发展,将模糊控制理论应用到矢量控制理论中,能进一步提高电机调速的动静态性能。本文分析研究了三相交流异步电机矢量控制系统,对异步电机矢量控制系统电流解耦模型进行了分析,将传统的转速PID控制器加以改进,设计为模糊PID控制器,并建立了以高性能数字信号处理器TMS320LF2407A为软硬件平台的异步电机矢量控制系统。本文研究的主要内容可分为三部分：首先,介绍了变频器技术的发展概况及智能控制理论在交流调速系统中的应用情况,详细分析了异步电机的数学模型。本文采用电流型磁链观测方法来确定转子磁链的位置,通过三相静止坐标到两相旋转坐标的变换,将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量,分别采用PI调节器对两个电流分量进行调节。接着,介绍了模糊PID控制理论,在原异步电机矢量控制系统基础上,将传统的转速PID控制器转换为模糊PID控制器,利用Matlab/Simulink建立仿真模型,通过仿真实验验证了模糊PID控制具有减小转速超调量,提高稳态精度的优点。然后,介绍了系统的硬件电路和相关控制程序设计,硬件部分主要包括主电路、控制电路、检测单元、保护电路、辅助电源等电路。软件部分主要由主程序、PWM中断服务程序、故障保护中断保护服务及软件抗干扰程序等组成。最后对总结了本文所做的工作,并对今后的研究做出了分析与展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 基于转子磁场定向的矢量控制系统
• 2.1 矢量控制原理
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 三相静止到两相静止坐标系的变换
• 2.2.2 两相静止到两相同步旋转坐标系的变换
• 2.2.3 三相静止到两相同步旋转坐标系的变换
• 2.3 三相异步电机的数学模型
• 2.3.1 异步电机的数学模型
• 2.3.2 异步电机在α-β坐标系上的数学模型
• 2.3.3 异步电动机在两相同步旋转d-q坐标系上的数学模型
• 2.4 转子磁链定向的矢量控制系统
• 2.4.1 转子磁链计算的电流模型
• 2.4.2 异步电机矢量控制系统
• 2.5 转子磁链定向的矢量控制系统调节器设计
• 2.5.1 异步电机矢量控制的传递函数
• 2.5.2 磁通PI调节器设计
• 2.5.3 q轴电流PI调节器设计
• 2.5.4 转速PI调节器设计
• 第3章 模糊PID矢量控制系统
• 3.1 模糊控制理论
• 3.1.1 模糊控制器的组成
• 3.1.2 模糊PID控制器原理
• 3.1.3 模糊规则表的建立
• 3.2 异步电机矢量控制仿真
• 3.2.1 传统PID控制系统仿真模型
• 3.2.2 模糊PID控制系统仿真模型
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 第4章 硬件设计
• 4.1 系统总体方案
• 4.2 功率变换电路
• 4.2.1 整流滤波及限流电路
• 4.2.2 泵升吸收电路
• 4.2.3 逆变电路
• 4.2.4 保护电路
• 4.3 控制电路
• 4.3.1 TMS320LF2407A的性能特点
• 4.3.2 电流、电压采样电路
• 4.3.3 转速采样电路
• 4.3.4 电源电路
• 第5章 软件设计
• 5.1 系统软件总体概括
• 5.1.1 系统主程序
• 5.1.2 中断服务子程序
• 5.2 系统软件模块的实现
• 5.2.1 电流采样程序
• 5.2.2 转速采样程序
• 5.2.3 转子磁链观测程序
• 5.2.4 数字PI调节程序
• 5.2.5 模糊PID调节程序
• 5.2.6 SVPWM波形产生程序
• 5.2.7 保护中断服务程序
• 5.2.8 程序干扰设计
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文