基于DSP的交流电机矢量控制系统的研究

论文摘要

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。本文针对转子磁场定向的矢量控制技术进行了一些研究和探索,并用DSP实现控制系统的全数字化设计。论文在异步电动机数学模型的基础上,介绍了矢量控制理论及其解耦性质。将异步电动机三相静止坐标系下的各变量变换到两相旋转坐标系下,再利用转子磁场定向技术,使得定子绕组电流磁场分量和转矩分量得到解耦,从而,异步电机的调速性能大大提高,为构建SVPWM矢量控制系统平台提供了理论依据。设计了速度PI调节器和电流PI调节器,分析了PI控制器的参数整定方法,针对PID参数不确定的特性,给出一种新的鲁棒PID控制器参数整定方法。该方法通过使系统开环传递函数的相角裕度最大化,来求取各个PID参数。本课题对三相异步电机速度-电流双闭环交流变频调速系统进行研究和探讨,设计了相应的软、硬件控制系统。该系统以TI公司的电机专用控制芯片TMS320F240DSP为核心,采用模块化方法设计软件,便于程序的修改和移植,实现了SVPWM矢量控制策略,最后对该系统的软硬件进行了调试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 矢量控制技术的发展和现状
• 1.2 矢量控制系统常用的方案及其比较
• 1.2.1 矢量控制系统常用的方案
• 1.2.2 控制方案的比较
• 1.3 论文研究的主要内容和结构安排
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文的结构安排
• 本章小结
• 第二章 异步电动机矢量控制系统原理
• 2.1 矢量控制交流调速的提出
• 2.2 矢量控制变频调速的基本思想
• 2.3 三相坐标系统异步电动机的动态数学模型
• 2.3.1 坐标变换和变换矩阵
• 2.3.2 三相异步电机在两相静止坐标系下的数学模型
• 2.3.3 三相异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型
• 2.3.4 三相异步电机按转子磁场定向的矢量控制数学模型
• 2.4 SVPWM 技术
• 2.5 矢量控制系统的建模
• 2.5.1 SVPWM 仿真模型
• 2.5.2 Park 变换和Park 逆变换仿真模型
• 2.5.3 转子磁场定向仿真模型
• 2.5.4 异步电机仿真模型
• 本章小结
• 第三章 PI 控制器的参数整定
• 3.1 电流控制器和速度控制器的设计
• 3.2 PID 参数的整定方法
• 3.2.1 采样周期的选定
• 3.2.2 凑试法确定PID 调节参数
• 3.2.3 试验经验法确定PID 调节参数
• 3.2.4 优选法
• 3.2.5 PID 调节器自动整定法
• 3.3 一种基于相角裕度优化的PID 参数整定方法的研究
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 鲁棒PID 控制器设计
• 3.3.3 仿真结果及分析
• 本章小结
• 第四章 交流异步电机矢量控制的系统设计及仿真分析
• 4.1 异步电机矢量控制系统DSP 的硬件实现
• 4.1.1 系统总体结构
• 4.1.2 系统主回路设计
• 4.1.3 电流采样电路的设计
• 4.1.4 PWM 驱动电路的设计
• 4.1.5 光电编码测速接口电路
• 4.1.6 保护电路的设计
• 4.1.7 硬件电路设计中的抗干扰措施
• 4.2 异步电机矢量控制系统DSP 的软件实现
• 4.2.1 异步交流电动机调速控制系统基本组成
• 4.2.2 DSP 定点数计算和精度选取
• 4.2.3 电动机的标么值模型及电流采样的规格化
• 4.2.4 电流磁链转化模块
• 4.2.5 Sin和Cos的计算
• 4.3 仿真及试验结果
• 4.3.1 矢量控制系统的仿真结果及分析
• 4.3.2 试验结果
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢