论文摘要
矢量控制作为一种先进的控制策略,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,具有先进性、新颖性和实用性的特点。其思想就是将异步电动机的模型通过坐标变换,使之成为直流电动机模型,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,以期达到直流电机的控制效果。电压空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,简写为SVPWM）作为一种新型的矢量控制技术,具有电压利用率高、输出谐波少、控制方法简单等优点,成为近几年来国内外研究的热点。本文首先分析了变频调速技术的特点、国内外现状及发展趋势,详细分析了SVPWM技术的原理,对SVPWM技术进行了深入的分析和研究,并在MATLAB6.0上实现了SVPWM的仿真,在此基础上制定了本课题的总体设计方案,并从控制器硬件设计和软件设计两个方面给出了具体的实现。本系统采用交-直-交电压型主回路,以功率MOSFET构成三相逆变桥;驱动电路采用美国IR公司生产的具有内部自举电路的IR2103,只需要一路1020V电源就能实现驱动,简化了驱动电路的设计;设计了直流母线电压检测电路、电流检测电路、故障检测及保护电路、通信电路等外围电路;控制电路采用ARM7系列的LM3S615作为控制的核心,该控制器价格与8位和16位单片机价格相仿,却能提供32位处理器的性能,LM3S615的工作频率最高可达到50MHz,可兼容Thumb的Thumb-2专用指令集处理器内核,并且拥有六路独立的PWM端口,2路10位精度的AD采样通道,32K单周期FLASH以及8K单周期SRAM,其丰富的内部资源可以满足全部控制要求。本系统软件采用C语言编写,主要设计了系统主程序和PWM中断处理程序,系统初始化、变频控制、电流和电压采样、显示和故障处理都在主程序中完成,三角函数计算、SVPWM子程序、按键扫描在PWM中断处理程序中完成。本文在SVPWM子程序的设计中简化了算法,采用PWM同步控制提高了控制精度,并且相对于传统控制策略大大缩短了参考电压矢量的采样周期,使电机内部磁链更加逼近圆形,减少脉动。同时,系统液晶屏显示程序和按键驱动程序的嵌入,方便了实际应用系统具体控制参数的设置。最后对系统的软硬件进行了单元调试和综合调试,在此基础上对开发的样机做了实验测试,实验结果表明,该驱动器性能稳定,运行可靠,可以满足小型交流电机调速驱动需要,并且SVPWM控制电机运行效率高,输出电压利用率高,与理论分析结果一致。