基于DSP的矢量控制变频调速系统
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摘要
随着半导体业的快速发展，特别是数字信号处理器的出现，以及精确的异步电机模型和各种先进的控制策略的提出，很大的促进了电机控制的发展，使得精度高、调速范围宽、控制性能好的电机控制器的实现成为可能。
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化，使之成直流电动机模型，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。
本课题应用矢量控制的原理，以电机控制专用的DSP芯片TMS320F240为核心，开发出一套基于矢量控制的变频调速系统。文中对整个系统的硬件电路和驱动软件的实现都作了详细的介绍，同时采用了一种新型的PWM调制方法一电压空间矢量法(SVPWM)来实现对异步电机的控制，提高了能量的利用效率。该控制系统已经应用于电脑绣花机电控系统上面，经实践证明，基于DSP芯片的矢量控制变频调速系统性能优良，运行稳定，抗干扰能力强，电机运行噪音小，不失为一套具有先进型、新颖性、实用性的控制系统。
It is the real time-processing properties of silicon, such as the TMS320F240 DSP controller, the accurate asynchronous motor model and all kinds of advanced theories that have resulted in the development of a highly reliable drive with highly accurate and variable speed controls.
Field Oriented Control (FOC) is one of the advanced theories, which is based on motor unification principle, energy conversion and vector coordinate transformation theory. It has many advantages such as novelty, practicability and advancement. By transforming the model of AC motor to DC motor, the stator current is decomposed into two DC parts which are orientated towards the rotator magnetic field and controlled respectively. Thus the magnetic flux and torque are decoupled. In which way, It controls the asynchronous motor in a synchronous way.
Using digital signal processor (DSP), TMS320F240, which is special for motor control, we develop a suit of speed adjustable, reliable and highly effective induction drive based on FOC principle. Realization of the whole hardware and the whole software is described. At the same time, a new Pulse Width Modulation (PWM) named Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) method is introduced which is more effective.
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化，使之成直流电动机模型，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。
本课题应用矢量控制的原理，以电机控制专用的DSP芯片TMS320F240为核心，开发出一套基于矢量控制的变频调速系统。文中对整个系统的硬件电路和驱动软件的实现都作了详细的介绍，同时采用了一种新型的PWM调制方法一电压空间矢量法(SVPWM)来实现对异步电机的控制，提高了能量的利用效率。该控制系统已经应用于电脑绣花机电控系统上面，经实践证明，基于DSP芯片的矢量控制变频调速系统性能优良，运行稳定，抗干扰能力强，电机运行噪音小，不失为一套具有先进型、新颖性、实用性的控制系统。
It is the real time-processing properties of silicon, such as the TMS320F240 DSP controller, the accurate asynchronous motor model and all kinds of advanced theories that have resulted in the development of a highly reliable drive with highly accurate and variable speed controls.
Field Oriented Control (FOC) is one of the advanced theories, which is based on motor unification principle, energy conversion and vector coordinate transformation theory. It has many advantages such as novelty, practicability and advancement. By transforming the model of AC motor to DC motor, the stator current is decomposed into two DC parts which are orientated towards the rotator magnetic field and controlled respectively. Thus the magnetic flux and torque are decoupled. In which way, It controls the asynchronous motor in a synchronous way.
Using digital signal processor (DSP), TMS320F240, which is special for motor control, we develop a suit of speed adjustable, reliable and highly effective induction drive based on FOC principle. Realization of the whole hardware and the whole software is described. At the same time, a new Pulse Width Modulation (PWM) named Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) method is introduced which is more effective.
引文
1．陈伯时．交流调速系统[M]．北京：机械工业出版社，1999．
2．陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，1999．
3．冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践．北京：机械工业出版社，1998．
4．杨兴瑶．电动机调速的原理及系统．北京：水利电力出版社，1995．
5．徐邦荃，李浚源，詹琼华．直流调速系统与交流调速系统．武汉：华中理工大学出版社，2000。
6．黄俊，王兆安．电力电子变流技术．北京：机械工业出版社，1999．
7．蔡方耀．电动机应用计算指南．北京：中国计划出版社，1998．2．
8．程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，1995
9．张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用．北京：电子工业出版社，1997．
10．彭启琮．DSP与实时数字信号处理 成都：电子科技大学出版社 1998．
11．TMS320F24X高速数字信号处理器的原理与应用．北京：北京闻亭科技发展有限公司．1995．
12．张芳兰．TMS320C2XX用户指南．北京：电子工业出版，1998．11．
13. 1995 User's Guide, Texas Instrument, 1995.
14. TMS320C24x. DSP Controller [M].TI Guide Book, 1998.
15. Implementation of a Speed Field Oriented Control of Three Phase AC Induction Motor Using TMS320F240. TI. 1998.3.
16. Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor. TI. 1996.
17. Clarke & Park Transforms on the TMS320C2XX. TI. 1997.
18. Field Oriented Control of 3-Phase AC Induction Motor. TI. 1998.
19. Three phase current measurements using a single line register on the TMS320F240. TI. 1998.
20. Michel Platnic. Implementation of Vector Control for PMSM Using the TMS320F240 DSP. TI. 1998.11.
21. Zhenyu YU. Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Software Determined Switching Patterns. TI. 1999.3.
22. TMS320 DSP Algorithm Standard Rules and Guidelines. TI. 2001.1.
23．王妍．基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究．电机与控制学报，2000，(2)
24．崔纳新，张庆范等．感应电动机变频调速矢量控制系统的研究．电机与控制学报，1999，3(3)：184—187
25．白驹御，雷晓平．单片计算机及其应用．北京：电子科技大学出版社．1999．
26．李朝青．PC机及单片机数据通信技术．北京：北京航空航天大学出版社．2000．12．
2．陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，1999．
3．冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践．北京：机械工业出版社，1998．
4．杨兴瑶．电动机调速的原理及系统．北京：水利电力出版社，1995．
5．徐邦荃，李浚源，詹琼华．直流调速系统与交流调速系统．武汉：华中理工大学出版社，2000。
6．黄俊，王兆安．电力电子变流技术．北京：机械工业出版社，1999．
7．蔡方耀．电动机应用计算指南．北京：中国计划出版社，1998．2．
8．程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，1995
9．张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用．北京：电子工业出版社，1997．
10．彭启琮．DSP与实时数字信号处理 成都：电子科技大学出版社 1998．
11．TMS320F24X高速数字信号处理器的原理与应用．北京：北京闻亭科技发展有限公司．1995．
12．张芳兰．TMS320C2XX用户指南．北京：电子工业出版，1998．11．
13. 1995 User's Guide, Texas Instrument, 1995.
14. TMS320C24x. DSP Controller [M].TI Guide Book, 1998.
15. Implementation of a Speed Field Oriented Control of Three Phase AC Induction Motor Using TMS320F240. TI. 1998.3.
16. Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor. TI. 1996.
17. Clarke & Park Transforms on the TMS320C2XX. TI. 1997.
18. Field Oriented Control of 3-Phase AC Induction Motor. TI. 1998.
19. Three phase current measurements using a single line register on the TMS320F240. TI. 1998.
20. Michel Platnic. Implementation of Vector Control for PMSM Using the TMS320F240 DSP. TI. 1998.11.
21. Zhenyu YU. Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Software Determined Switching Patterns. TI. 1999.3.
22. TMS320 DSP Algorithm Standard Rules and Guidelines. TI. 2001.1.
23．王妍．基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究．电机与控制学报，2000，(2)
24．崔纳新，张庆范等．感应电动机变频调速矢量控制系统的研究．电机与控制学报，1999，3(3)：184—187
25．白驹御，雷晓平．单片计算机及其应用．北京：电子科技大学出版社．1999．
26．李朝青．PC机及单片机数据通信技术．北京：北京航空航天大学出版社．2000．12．