基于DSP的变频调速系统
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摘要
矢量变换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，具有先进性、新颖性和实用性的特点。矢量控制的思想就是将异步电动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。
本文依据矢量控制的原理，以电机控制专用的DSP芯片TMS320F240为核心，设计、开发了一套基于矢量控制的变频调速系统。文中对变频系统的主电路、智能功率模块IPM、DSP芯片以及电流和转速检测电路都作了详细的介绍，同时提出用一种新型的PWM调制方法-电压空间矢量法(SVPWM)实现对异步电机的控制。最后本文还对现在一些新型的控制方法及以后的改进方案作了一些介绍。
Field Oriented Control (FOC) 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 coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively. So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way.
Using digital signal processor(DSP), TMS320F240, which is special for motor control ,we develop one frequency conversion adjustable-speed system witch based on FOC principle. The mam circuit of the inverter, the detect circuit of current and motor speed ,intelligent power module(IPM) and DSP are all presented particularly hi this paper. At the same time, new Pulse Width Modulation(PWM) named Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) method is used to control the asynchronous motor.At the end of the paper, some new control methods and improvement are discussed.
本文依据矢量控制的原理，以电机控制专用的DSP芯片TMS320F240为核心，设计、开发了一套基于矢量控制的变频调速系统。文中对变频系统的主电路、智能功率模块IPM、DSP芯片以及电流和转速检测电路都作了详细的介绍，同时提出用一种新型的PWM调制方法-电压空间矢量法(SVPWM)实现对异步电机的控制。最后本文还对现在一些新型的控制方法及以后的改进方案作了一些介绍。
Field Oriented Control (FOC) 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 coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively. So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way.
Using digital signal processor(DSP), TMS320F240, which is special for motor control ,we develop one frequency conversion adjustable-speed system witch based on FOC principle. The mam circuit of the inverter, the detect circuit of current and motor speed ,intelligent power module(IPM) and DSP are all presented particularly hi this paper. At the same time, new Pulse Width Modulation(PWM) named Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) method is used to control the asynchronous motor.At the end of the paper, some new control methods and improvement are discussed.
引文
1 陈伯时．交流调速系统[M]．北京：机械工业出版社，1999．
2 邱阿瑞．交流电力拖动及应用．北京：人民邮电出版社，2000．
3 陈国呈．PWM变频调速技术．北京：机械工业出版社，1999．
4 冯垛生．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．
5 1995 User' s Guide, Texas Instrument, 1995.
6 TMS320C24x. DSP Controller [M] .TI Guide Book, 1998.
7 程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，1995．
8 张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用。北京：电子工业出版社，1997．
9 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．
10 李夙．异步电动机直接转矩控制[M]．北京：机械工业出版社，1994．
11 冯江华．异步电动机的直接转矩控制．电工技术学报，1999，14(3)：29-33
12 崔纳新．感应电动机变频调速矢量控制度系统的研究．电机与控制学报，1999，(3) ：24—28
13 刘子建．采用DSP的异步电动机直接转矩控制系统．长沙铁道学院，2000，18(1)：36-40
14 TI Application Report, Implementation of a Speed Field Orientated Control of 3-phase AC Motor Using TMS320F240, BPRA076, MARCH 1998
15 TI Application Report, AC Induction Motor Control Using Conatant V/F Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240, SPRA284A, April 1998
16 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)：14—17
17 谭茀娃．现代交流电机控制的现状与展望．微特电机，2000(2)：29—32
18 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
19 刘玉庆，张承惠．一种矢量控制调速系统的设计与实现．微特电机，1999，(5)：25—28
20 余功军．无速度传感器矢量控制变频调速器的研究．电力电子技术，1999，(5) ：15-17
21 猛哲．TMS320C3X DSP软／硬件开发调试技术．武汉化工学院学报，2000，22(2)：68-71
22 唐勇奇．基于DSP和IPM的空间电压矢量法调速系统．半导体技术，2001，26(4) ：12-14
23 赵乃霞．空间向量脉宽调制原理及实现．电气传动，2001(1)：16-18
24 张桂斌．最小开关损耗VSVPWM技术的研究与仿真．电工技术学报，2001，16(2)：34-40
25 王世荣．变频调速技术的发展及应用．四川电力技术，2001(2)：53-54
26 崔峻国．IGBT三点式逆变器电压空间矢量控制方法．同济大学学报，2001，29(2)：164-168
27 赵传峰．直接转矩可能告知的发展现状及前景．电气自动化，1999，(4)：4-7
28 夏雷．直接转矩控制的谐波分析与改进方案．电气自动化，1999，(3)：19-21
29 周炼．模糊控制在交流调速重的应用现状及前景．微电机，2000(2)：29—32
30 解仑．基于矢量控制和智能控制的交流司服控制系统．北京科技大学学报，1999，21 (4) ：28-31
31 刘宇川．一种新型直接转矩控制系统的仿真研究．上海铁道大学学报，2000，21 (4) ：21-27
2 邱阿瑞．交流电力拖动及应用．北京：人民邮电出版社，2000．
3 陈国呈．PWM变频调速技术．北京：机械工业出版社，1999．
4 冯垛生．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．
5 1995 User' s Guide, Texas Instrument, 1995.
6 TMS320C24x. DSP Controller [M] .TI Guide Book, 1998.
7 程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，1995．
8 张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用。北京：电子工业出版社，1997．
9 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．
10 李夙．异步电动机直接转矩控制[M]．北京：机械工业出版社，1994．
11 冯江华．异步电动机的直接转矩控制．电工技术学报，1999，14(3)：29-33
12 崔纳新．感应电动机变频调速矢量控制度系统的研究．电机与控制学报，1999，(3) ：24—28
13 刘子建．采用DSP的异步电动机直接转矩控制系统．长沙铁道学院，2000，18(1)：36-40
14 TI Application Report, Implementation of a Speed Field Orientated Control of 3-phase AC Motor Using TMS320F240, BPRA076, MARCH 1998
15 TI Application Report, AC Induction Motor Control Using Conatant V/F Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240, SPRA284A, April 1998
16 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)：14—17
17 谭茀娃．现代交流电机控制的现状与展望．微特电机，2000(2)：29—32
18 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
19 刘玉庆，张承惠．一种矢量控制调速系统的设计与实现．微特电机，1999，(5)：25—28
20 余功军．无速度传感器矢量控制变频调速器的研究．电力电子技术，1999，(5) ：15-17
21 猛哲．TMS320C3X DSP软／硬件开发调试技术．武汉化工学院学报，2000，22(2)：68-71
22 唐勇奇．基于DSP和IPM的空间电压矢量法调速系统．半导体技术，2001，26(4) ：12-14
23 赵乃霞．空间向量脉宽调制原理及实现．电气传动，2001(1)：16-18
24 张桂斌．最小开关损耗VSVPWM技术的研究与仿真．电工技术学报，2001，16(2)：34-40
25 王世荣．变频调速技术的发展及应用．四川电力技术，2001(2)：53-54
26 崔峻国．IGBT三点式逆变器电压空间矢量控制方法．同济大学学报，2001，29(2)：164-168
27 赵传峰．直接转矩可能告知的发展现状及前景．电气自动化，1999，(4)：4-7
28 夏雷．直接转矩控制的谐波分析与改进方案．电气自动化，1999，(3)：19-21
29 周炼．模糊控制在交流调速重的应用现状及前景．微电机，2000(2)：29—32
30 解仑．基于矢量控制和智能控制的交流司服控制系统．北京科技大学学报，1999，21 (4) ：28-31
31 刘宇川．一种新型直接转矩控制系统的仿真研究．上海铁道大学学报，2000，21 (4) ：21-27