基于DSP的异步电机矢量控制

　　摘要：矢量控制是一种高性能的交流电机控制方法，具有控制转矩小，电流谐波成分少等优点。本文介绍了一种以TI公司的TMS320F2812为核心的基于矢量控制变频调速系统设计，描述了各硬件功能单元的组成结构和设计特点，并给出了设计方案和软硬件的设计方法。

关键词：异步电机；矢量控制；电流调节

 

DSP-based vector control of asynchronous electromotor

 

Ma Zhaoxun    Yang Guowei

(Harbin Jiuzhou Electric Co.,LTD.  Haerbin  150081  Heilongjiang)

 

Abstract：Vector control is a high performance AC motor contro methord. With the advantage of small control torque, small current harmonics and so on. This paper introduce a system design that based on vector control VVVF to TI’s TMS320F2812 as the core, description of the hardware functional unit of the structure and design features, and gives the design proposal and design methods of hardware and software.

Key words：asynchronous electromotor；vector control；current Regulator

 

1.引言

近年来随着电力电子学的飞速发展，各种新型大功率半导体器件，如IGBT的出现，使电力电子器件正朝着大容量、高频、易驱动、低损耗、智能模块化的方向发展，促使交流传动得到了飞速发展。它已经进入与直流传动相竞争的阶段，并有取而代之的趋势。相对于直流电机而言，交流电机结构简单、价格低廉、运行可靠，交流电机控制理论、微型计算机技术、特别是电力电子技术的飞速发展，促使高性能交流变频调速技术得到了极大发展，在生产、生活的各领域都有广泛应用。数字信号处理器(简称DSP)是当前迅速发展的一种具有特殊结构的微处理器，它集微电子学、数字信号处理、计算机技术三门学科于一体。DSP的内部结构采用程序总线和数据总线分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，所以可快速地实现各种数字信号处理算法，适用于实时控制。

2.异步电机矢量控制原理

矢量控制通过将电机的电流、电压、磁链等量变换到同步坐标系中实现电机转矩和磁通的解耦控制，从而实现快速的转矩响应及较高效率的运行。这种方法同时对交流量的幅值和相位进行控制，因此叫做矢量控制。矢量控制模仿了直流电机的换向器保持磁通和电枢磁动势垂直的机理，使交流电机的控制性能达到直流电机的水平。

异步电机矢量控制根据所采用的坐标系定向方向的不同可分为转子磁场定向、定子磁场定向及气隙磁场定向矢量控制。定子磁场定向矢量控制虽然磁通和转矩的解耦不完全，但是可以通过前馈补偿的方法实现解耦控制。由于定子磁场定向控制直接控制定子磁通，这使得它能够最大限度地利用母线电压和逆变器的电流输出能力，更适于弱磁场合下的控制。气隙磁场定向的矢量控制采用了可以通过传感器直接测量的气隙磁链，而且电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，更适合处理饱和效应，但是其磁通和转矩的解耦也不完全，控制略显复杂。转子磁场定向的矢量控制，励磁电流和转矩电流的解耦最完全，因而在异步电机的矢量控制中得到了广泛的应用。

电压方程式：