基于DSP的交流异步电机变频调速系统研究与实现

论文摘要

随着电力电子技术的发展,以及各种新型控制器件和先进控制方法在电机调速系统中的应用,交流电机控制精度得到了极大的提高。为了满足高性能、节能和环保的要求,交流电机调速以其特有的优点,正逐步取代直流调速,在电气传动领域中扮演着重要的角色。本课题主要针对交流异步电机变频调速控制系统进行了研究和探讨,提出了相应的软、硬件设计方案,以TI公司的电机专用控制芯片DSP TMS320LF2407A为控制核心,采用V/F控制和空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）相结合的控制方法,实现了对交流异步电机变频调速控制。论文阐述了交流异步电机的数学模型和变频调速原理;设计了以DSP最小系统为核心的控制电路、变频主电路、信号采集电路等;在CCS集成开发环境下,采用C语言编程实现了上述的变频调速控制策略;同时为了实现该控制系统的灵活性,还采用VC++编写了上位机控制程序,使PC机通过串口对DSP进行控制,并将电机的运行状态在PC机上显示;还扩展了CAN总线,方便了电机的多机控制和远程控制。论文最后给出了实验结果和波形分析。结果表明了该变频调速控制系统具有良好的动静态调速性能,验证了系统设计的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 交流电机变频调速的发展概况
• 1.2.1 电力电子技术的发展
• 1.2.2 变频调速控制理论的发展
• 1.2.3 电机控制芯片的发展
• 1.3 本课题研究的内容
• 第二章 交流异步电机的数学模型
• 2.1 异步电机的原始数学模型
• 2.2 坐标变换
• 2.2.1 从三相到两相的静止坐标变换（3s/2s）
• 2.2.2 从两相静止到两相旋转的坐标转换（2s/2r）
• 2.3 交流异步电动机在不同坐标系的数学模型
• 2.3.1 在两相静止坐标系的数学模型
• 2.3.2 在两相旋转坐标系的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 交流异步电机变频调速原理
• 3.1 V/F控制原理
• 3.2 电压空间矢量（SVPWM）控制原理
• 3.2.1 电压空间矢量的三相功率逆变器
• 3.2.2 基本电压空间矢量的形成及作用时间的计算
• 3.2.3 用DSP实现SVPWM的两种方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 变频调速系统的硬件电路设计
• 4.1 系统硬件结构
• 4.2 主电路设计
• 4.2.1 整流电路
• 4.2.2 滤波电路
• 4.2.3 逆变电路
• 4.3 信号采集电路设计
• 4.3.1 HCNR200简介
• 4.3.2 电压电流采集电路设计
• 4.4 控制电路设计
• 4.4.1 主控芯片TMS320LF2407A介绍
• 4.4.2 DSP最小系统设计
• 4.4.3 DSP外围接口电路设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 变频调速系统的软件设计
• 5.1 系统软件整体设计
• 5.2 CCS集成开发环境概述
• 5.3 系统程序设计及说明
• 5.3.1 程序工程的建立
• 5.3.2 程序说明
• 5.3.3 Q格式说明
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果及分析
• 1. 实验系统图
• 2. 电压空间矢量波形
• 3. 死区时间观测
• 4. 不同频率的PWM输出波形观测
• 总结与展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢