基于DSP的矢量控制交流驅動(dòng)系統設計及仿真論文

　　摘要：研究了一種高性能全數字交流感應電機矢量控制驅動(dòng)系統。該系統以空間電壓矢量控制技術(shù)為理論基礎，采用IGBT功率模塊作為開(kāi)關(guān)元件，組成交_直_交電壓型逆變器，采用80C196KC單片bL+TMS320F240 DSP的雙CPU結構，DSP完成實(shí)時(shí)性要求高的矢量控制任務(wù)，16位單片機完成實(shí)時(shí)性要求比較低的管理任務(wù)，并給出了系統的硬件及軟件設計。實(shí)驗結果表明，系統易于實(shí)現，動(dòng)態(tài)性能良好，軟硬件結構緊湊，具有很好的開(kāi)放性。

　　關(guān)鍵詞：DSP;電壓空間矢量控制;變頻調速;80C196KC

　　PWM控制方式是交流變頻調速控制的基本方法，其中空間電壓矢量(SVf’WM)一被提出后就以其特有的優(yōu)越性能，在電機調速方面得到廣泛應用，該種方法控制簡(jiǎn)單，數字化實(shí)現方便，顯著(zhù)減小逆變器輸出電流諧波成分及電機諧波損耗，降低脈動(dòng)轉矩，提高電壓利用率。實(shí)驗結果表明，系統易于實(shí)現，動(dòng)態(tài)性能良好，軟硬件結構緊湊，具有很好的開(kāi)放性。

　　一、空間電壓矢量控制策略嘲

　　空間電壓矢量控制技術(shù)(SVPWM)是從電動(dòng)機的角度出發(fā)，著(zhù)眼于如何使電一理論和電機坐標軸系變換理論基礎之上的，物理意義直觀(guān)，數學(xué)模型簡(jiǎn)單，便于微機實(shí)時(shí)控制，電壓空間矢量法與傳統的SPWM法相比，不但可以減少轉矩脈動(dòng)和鐵損耗，而且可以提高電源的利用率。

　　二、系統硬件構成

　　系統主電路采用功率開(kāi)關(guān)IGBT構成電壓型逆變器，控制電路采用全數字化設計，由數字信號處理器DSP (TMS320F240)、16位單片機80C196KC、高速高精度A/D轉換芯片及雙口RAM(IDT7133)等作為控制電路主體，還有高靈敏度的檢測電路和快速的保護電路等。

　　(一)主電路

　　主電路部分全部安裝在散熱器上，采用交.直.交電壓型逆變器形式，由不可控整流橋、濾波電容、逆變器及泵升抑制電路等組成。主電路輸入電壓為380V，同時(shí)系統設計了軟啟動(dòng)電路以減少強電對主回路的沖擊：逆變器部分則實(shí)現直流電到變頻變壓(WVF)交流電的轉換，為電動(dòng)機的定子繞組提供要求的交流電流。在整個(gè)系統故障保護環(huán)節中，設置了主回路過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)載、制動(dòng)異常、光電編碼器反饋斷線(xiàn)、通訊故障等保護，故障信號由軟硬件配合檢測，一旦出現保護信號，通過(guò)軟件或硬件邏輯立刻封鎖PWM驅動(dòng)信號。系統采用磁平衡式霍爾電流傳感器采樣兩相電流，利用采樣的實(shí)時(shí)電流信息實(shí)現矢量控制和系統的過(guò)流保護。

　　(二)雙CPU控制系統

　　雙CPU控制系統由DSP子系統，單片機子系統，雙口RAM等組成。為了實(shí)觀(guān)系統的快速實(shí)時(shí)控制，系統在設計上采用了單片機+DSP雙CPU結構，DSP完成實(shí)時(shí)性要求高的矢量控制任務(wù);FLASH結構的16位單片機80C196KC作為主機完成實(shí)時(shí)性要求比較低的管理任務(wù)，如控制參數設定、鍵盤(pán)處理、狀態(tài)顯示、串行通訊等，單片機和DSP之間的通訊采用靜態(tài)雙口RAM。

　　三、系統軟件

　　全數字交流感應電動(dòng)機驅動(dòng)系統的核心控制程序包含單片機和DSP實(shí)時(shí)兩部分控制程序。在PWM定時(shí)中斷程序中實(shí)現電流環(huán)采樣及控制、矢量控制、PWM信號生成，中斷控制周期設定為100 us，系統控制器的PWM開(kāi)關(guān)周期設置為lOkHz，PWM死區時(shí)間為4ps，PMM信號采用空間矢量調制模式;功率驅動(dòng)保護中斷程序則檢測智能功率模塊的故障輸出，當出現故障時(shí)，DSP的PWM通道將被封鎖，強制輸出變成高阻態(tài)：系統軟件由主程序和PMM定時(shí)中斷服務(wù)子程序構成。主程序在完成系統初始化之后進(jìn)入循環(huán)，等待中斷的發(fā)生。檢測電流、轉速和發(fā)出6路PWM脈沖在DSP的定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中完成。

　　四、實(shí)驗結果及結論

　　采用前面介紹的軟硬件設計，完成了變頻器的原理樣機，輸出頻率0～87Hz，并在實(shí)際用牽引電機上進(jìn)行了空載實(shí)驗。牽引電機的基本數據如下：功率37KW，額定電壓200V，額定電流183A，額定頻率27 Hz。

　　該系統以空間電壓矢量控制技術(shù)為理論基礎，采用IGBT功率模塊作為開(kāi)關(guān)元件，組成交-直.交電壓型逆變器，系統在設計上采用單片tfl,+DSP雙CPU結構，滿(mǎn)足了交流牽引電機的調速控制要求。系統保護功能完善，具備常規的過(guò)載、過(guò)壓、短路、缺相、過(guò)流等保護，還可以L(fǎng)ED顯示故障類(lèi)型。實(shí)驗表明，系統易于實(shí)現，動(dòng)態(tài)性能良好，軟硬件結構緊湊，方案合理，工作可靠，提高了工作效率。

　　參考文獻：

　　[1]陳國呈.PWM變頻調速技術(shù)[M]，北京：機械工業(yè)出版社,1998.

　　[2]吳守箴，臧英杰，電氣傳動(dòng)的脈寬調制控制技術(shù)Ⅱ[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1999.

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