DSP的三相异步电动机矢量控制系统的研究.docVIP

本科生毕业设计（论文）开题报告 论文题目： 学 院： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 导师姓名： 开题时间： 年 月 日 1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，三相异步电机的控制方法有了很大的提升。异步电动机的转子绕组不需要与其他的电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统，与其他电机相比，异步电机的结构简单、运行可靠、重量轻、成本低，在生产和生活的各个领域有着广泛的应用。而矢量控制是一种先进的控制策略，其基本思想是将交流电机的模型通过坐标变换，使之成为直流电机模型，将定子电流分解为按转子磁场定向的两个直流分量，分别进行独立控制，达到直流电机的控制效果。它通过将电机的电流、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。异步电机在三相静止坐标系下的数学模型很复杂，关键是由于其磁链关系复杂。因此，要简化数学模型，必须将异步电机的数学模型从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系。从坐标系到静止坐标系的变换称为Clarke变换，从坐标系到两相同步旋转坐标系的变换称为Park变换。 异步电机矢量控制系统目前已经获得了实际应用，这种方案作为高性能的调速，能够实现较高的静、动态性能，并具有连续控制、调速范围宽等显著优点。近年来，对矢量控制系统方面的研究获得了很好的结果，为此矢量控制系统可谓现代交流调速的重要方向之一。 数字信号处理器（DSP）具有很强的控制功能，它的高速运算处理能力使得很多的复杂控制算法和功能得以实现，增强了控制的灵活性，在控制领域得到了很好的应用。TMS320F2812采用改进的哈佛结构，不仅允许程序储存在高速缓存中，提高指令的读取速度，而且允许数据存储在程序存储器中，并被算数指令直接使用，增强芯片的灵活性。此外，DSP的双口RAM(SARAM)包括一个随机端口和一个时序端口以及独立读写总线提高了数据存储速度。 基于DSP芯片TMS320F2812的控制系统，利用电压空间矢量调制技术实现异步电机矢量控制，目的是增强对电机的控制，使其能够具有更快的响应、更高的精度高、更加节能等特点。使其在生产和生活中给人们带来更多的便利并能够节约更多的能源和时间。 1.2 课题国内外研究现状及趋势 近年来，对于三相异步电动机矢量控制系统的研究已经成为自动控制领域的一大热点。德、美、英、法、意、加拿大以及日本等发达国家都十分重视矢量控制技术的研究，做了大量的工作。欧洲是矢量控制技术的诞生地，其研究水平一直走在世界的前列。我国学者对矢量控制的研究也比较早，取得了很好的成果。目前，矢量控制的研究主要集中在以下几个方面： （1）无速度传感器矢量控制技术的研究； （2）电机参数的识别与跟踪； （3）大功率矢量控制系统的研究。2．毕业设计研究内容及任务 2.1 研究内容 (1)、研究转子磁场定向矢量控制系统的数学模型，设计了转速、磁通及转矩的闭环调节器：对SVPWM的工作原理和控制算法进行了研究。 (2)、分析了异步电机在二相静止坐标系、两相静止与旋转坐标系下的电机基本数学模型和控制基本方程，在进行相应的坐标变换以后，得到了基于磁定向的同步旋转坐标系下的控制方程式；分析了电压空间矢量脉宽调制的基本原理、控制算法。 2.2 设计思想及设计方案 基于DSP芯片对异步电机的矢量控制系统进行研究，充分利用DSP的高速运算能力和丰富的片内外设资源，系统外围电路少，可靠性高。结合IPM简单紧凑的逆变主电路，保证了电机控制的实时性，有效的简化了硬件设计，提高了系统的可靠性。异步电机矢量控制原理框图如图1所示。方案如下： 系统的组成：包含主电路、控制电路和保护电路三大部分，具体由整流滤波模块、逆变模块、IPM保护模块、三相异步电动机、电压、电流和转速检测模块、显示模块、主控制模块、DSP与PC机通信模块等组成。系统主电路采用典型的交-直-交电压型变频器结构。整流环节采用三相桥式不可控整流模块，逆变电路采用三菱公司的智能功率模块(IPM)PM25RSB-120作为功率器件，中间直流环节利用大电容滤波。系统控制电路包含两个部分，即TMS320F2812核心电路和基于核心电路的外部扩展电路。DSP核心电路负责整个系统的控制和具体的算法实现功能，外部扩展电路主要完成电压、电流和速度信号的检测，数据显示以及DSP与PC机通信等功能。 图1 异步电动机矢量控制原理框图 、系统硬件设计：主电路由整流电路、滤波电路和智能功率模块构成的逆变电路组成。整流电路的主要作用是将电网的交流电整流后提供给逆变电路和控制电路。