基于DSP的电力推进交流异步电机直接转矩控制的研究
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摘要
由于电力推进技术发展前景的日益广阔及相关领域技术的不断完善，水面舰船电力推进中交流电力推进占主导地位，而出现交流推进电机为交流异步推进电机、交流同步推进电机和永磁同步推进电机并存的局面。而基于DSP的电机控制系统也将逐渐建立其在控制中的领军地位。本文介绍了运用于交流异步推进电机控制系统的TMS320F2812数字信号处理器进行的直接转矩(DTC)调速系统的研究，并对其结构和性能进行了初步探讨和分析。
本文首先系统的阐述了交流异步电动机直接转矩控制理论，明确了空间电压零矢量在控制系统中的重要作用---保持电动机输出转矩，减小脉动转矩，并将这一理论进行了成功的验证。
在深入研究了传统直接转矩控制系统的基础上，提出了实现定子磁链准确观测的新型解决方案，也就是利用全阶磁链观测器实现对定子磁链的观测，仿真表明该方案的观测效果要明显优于传统的观测方法。
本文还研究和设计了基于DSP的硬件系统，针对各部分的具体要求提供了相应的解决方案。然后，本文在简述直接转矩控制系统的基本原理的基础之上，介绍了利用DSP软件控制算法对直接转矩控制系统的低速、中速、高速各个速度阶段的方案设计，突出了当前的研究热点—无转速传感器控制系统。
分析了影响传统直接转矩控制系统低速性能的主要原因，深入研究了不同电压矢量对转矩变化所产生的影响，在此基础上使用磁链和转矩双层滞环控制方案，该方案简单，易于实现，仿真和实验结果均表明该方法在没有改变系统动态性能的情况下，提高了系统的低速转矩，并使转矩脉动得到了很好的抑制。
本文通过对基于DSP的交流异步电机的研究，将控制理论与电机实际特性相结合，将目前最有前景的DSP技术应用于直接转矩控制，很具实用价值。
As the prospect of the electrical propelling and the great progress of the relevant technologies, ac propelling is in the leader position. The ac asynchronous mortor , ac permanent mortor exist in the same time.
The control system based on DSP is the popular type in the control field. In this paper we show the DTC(Direct Torque Control System) based on TMS320F2812, and analyze the structure and the capability of this kind of system.
Firstly we expound the theory of Dirct Toque control on ac asynchronous mortor, expand the original control theory , make sure the important role of zero voltage in the spacerkeep the output torque of the motor, reduce the pulsant torque, and validate this theory successfully.
We also researched and designed the the hardware of the DSP system , make the solution for every requirements in detail. Then we discussed the DTC theory compendiously,we also introduced the software in DSP to achieve the arithmetic of the control mothode to deal with the low speed phase, mid speed phase, high speed phase of the motor, we give prominence to the control system without speed sensor.
In this paper we carried through the asynchronous mortor control system based on DSP, combined the control theory and the real character of the motor to build up the valuable control system.
本文首先系统的阐述了交流异步电动机直接转矩控制理论，明确了空间电压零矢量在控制系统中的重要作用---保持电动机输出转矩，减小脉动转矩，并将这一理论进行了成功的验证。
在深入研究了传统直接转矩控制系统的基础上，提出了实现定子磁链准确观测的新型解决方案，也就是利用全阶磁链观测器实现对定子磁链的观测，仿真表明该方案的观测效果要明显优于传统的观测方法。
本文还研究和设计了基于DSP的硬件系统，针对各部分的具体要求提供了相应的解决方案。然后，本文在简述直接转矩控制系统的基本原理的基础之上，介绍了利用DSP软件控制算法对直接转矩控制系统的低速、中速、高速各个速度阶段的方案设计，突出了当前的研究热点—无转速传感器控制系统。
分析了影响传统直接转矩控制系统低速性能的主要原因，深入研究了不同电压矢量对转矩变化所产生的影响，在此基础上使用磁链和转矩双层滞环控制方案，该方案简单，易于实现，仿真和实验结果均表明该方法在没有改变系统动态性能的情况下，提高了系统的低速转矩，并使转矩脉动得到了很好的抑制。
本文通过对基于DSP的交流异步电机的研究，将控制理论与电机实际特性相结合，将目前最有前景的DSP技术应用于直接转矩控制，很具实用价值。
As the prospect of the electrical propelling and the great progress of the relevant technologies, ac propelling is in the leader position. The ac asynchronous mortor , ac permanent mortor exist in the same time.
The control system based on DSP is the popular type in the control field. In this paper we show the DTC(Direct Torque Control System) based on TMS320F2812, and analyze the structure and the capability of this kind of system.
Firstly we expound the theory of Dirct Toque control on ac asynchronous mortor, expand the original control theory , make sure the important role of zero voltage in the spacerkeep the output torque of the motor, reduce the pulsant torque, and validate this theory successfully.
We also researched and designed the the hardware of the DSP system , make the solution for every requirements in detail. Then we discussed the DTC theory compendiously,we also introduced the software in DSP to achieve the arithmetic of the control mothode to deal with the low speed phase, mid speed phase, high speed phase of the motor, we give prominence to the control system without speed sensor.
In this paper we carried through the asynchronous mortor control system based on DSP, combined the control theory and the real character of the motor to build up the valuable control system.
引文
[1] 李夙，异步电动机直接转矩控制，第一版，2001，北京：机械工业出版社
[2] 樊印海，电力推进自动控制，第一版，1998，大连海事大学出版社
[3] 李永东，交流电机数字控制系统，第一版，2002，北京：机械工业出版社
[4] 李志民、张遇杰，同步电机调速系统，第一版，1996，北京：机械工业出版社
[5] 薛定宇，陈阳泉，基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用，第三版，2002，北京：清华大学出版社
[6] 赵文峰，控制系统设计与仿真，第一版，2003，西安电子科技大学出版社
[7] 陈永春，从Matlab／Simulink模型到代码实现，第一版，2002，北京：清华大学出版社
[8] 凯利(美)，C语言解析教程，麻志毅译，第一版，2002，北京：机械工业出版社
[9] 王念旭，DSP基础与应用系统设计，第一版，2002年，北京：北京航空航天大学
[10] 张雄伟，DSP芯片的原理与开发应用，第三版，2003，北京：电子工业出版社
[11] 宁改娣，DSP控制器原理及应用，第一版，2002，北京：科学出版社
[12] 赵金，基于TMS320F240的直接转矩控制系统的研究，2000．6，电力电子技术
[13] 李夙、董天棋，直接转矩控制技术在德国的发展，1994．5，电气传动
[14] 陈特放，刘子建，基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机直接转矩控制系统的建模和仿真，机车电传动，1998．2
[15] 钟毅，基于DSP的直接转矩控制在电动汽车驱动控制器中的应用，武汉理工大学，工学硕士学位论文，2002
[16] 吕成刚，基于DSP的变频调速研究，浙江大学，工学硕士学位论文，2002
[2] 樊印海，电力推进自动控制，第一版，1998，大连海事大学出版社
[3] 李永东，交流电机数字控制系统，第一版，2002，北京：机械工业出版社
[4] 李志民、张遇杰，同步电机调速系统，第一版，1996，北京：机械工业出版社
[5] 薛定宇，陈阳泉，基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用，第三版，2002，北京：清华大学出版社
[6] 赵文峰，控制系统设计与仿真，第一版，2003，西安电子科技大学出版社
[7] 陈永春，从Matlab／Simulink模型到代码实现，第一版，2002，北京：清华大学出版社
[8] 凯利(美)，C语言解析教程，麻志毅译，第一版，2002，北京：机械工业出版社
[9] 王念旭，DSP基础与应用系统设计，第一版，2002年，北京：北京航空航天大学
[10] 张雄伟，DSP芯片的原理与开发应用，第三版，2003，北京：电子工业出版社
[11] 宁改娣，DSP控制器原理及应用，第一版，2002，北京：科学出版社
[12] 赵金，基于TMS320F240的直接转矩控制系统的研究，2000．6，电力电子技术
[13] 李夙、董天棋，直接转矩控制技术在德国的发展，1994．5，电气传动
[14] 陈特放，刘子建，基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机直接转矩控制系统的建模和仿真，机车电传动，1998．2
[15] 钟毅，基于DSP的直接转矩控制在电动汽车驱动控制器中的应用，武汉理工大学，工学硕士学位论文，2002
[16] 吕成刚，基于DSP的变频调速研究，浙江大学，工学硕士学位论文，2002