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全数字化的异步电机矢量控制系统

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Ｒｌ Ｌｔ ＋ｐ
（） ２ 磁链 方程
Ｌ ０ Ｌ ０ ０ Ｏ Ｌ 一 ０ Ｌ ０ ０ Ｌ Ｌ ０
１ 异 步 电机 的数 学模 型
为分 析方便 ， 般 对 异 步 电机 进 行 如下 理 想 一
化假 设 ： １ 三 相定 子 绕 组 和 转 子 绕 组 在 空 间对 （）
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｔ ｅ ｔ ｓｍｏ ｅ ｆｔｅ ａ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏｏ ｕ ｒｅ ｔｄ ｗ ｓ ｆ ｕ ｄ ｄ Ａ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｍａｈ ｍａｉ ｄ ｌｏ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔｒ ｆ ｘ ｏ ｉ ｎｅ ａ ｏ ｎ ｅ ． ｃ ｈ ｌ
摘 要： 建立 了按转子磁场定 向的异步电机数学模型 ， 于转差频 率矢量控 制的原理 ， 基 以电机 控制专用
数字信号处理 器 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ４ Ｍ ３ ０ ２ ０为核心 ， 开发 了一套全数 字化异步 电机矢量 控制 系统 ， 采用 空间矢量 脉宽调制 方法以提高直流电压的利用率 。试验结果表 明， 控制系统具有 良好 的动 、 该 静态性能。
ｆ ｌ— ｇｔｌｓｉ ｒ ｑｕ ｎ ｙｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｌｄ ａ ｙｎ ｈｒ ｏ ｓｍｏ ｏ ｙ ｔｍ ｓｂ ｉｔｂ ｈ ｔｒｃ ｎｒ ｌｅ ｉｉａ ｏ ｅ — ｕ ｌｄｉｉａ ｌｐ ｆｅ ｅ ｃ ｅ ｔｒｃ ｎｒ ｌｅ ｓ ｃ ｏｎ ｕ ｔ ｒｓ ｓｅ ｗａ ｕ ｌ ｙｔ ｅ ｍｏｏ ｏ ｔｏｌ ｄ ｄ ｇｔｌｐｒｃ ｓ ｓ ｒＴＭ Ｓ ２０Ｆ ４０． Ｓ ｏ ３ ２ ＶＰＷ Ｍ ｓ ａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｉｈｔｎ ｔ ｅ ｔｌｚ ｔｏ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ＤＣ ｏ ｔｇ ． Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｒｓ ｈｓ ｗａ ｄ ｐｔｄ ｔ ｅ ｇ ｅ ｈ ｕ ｉ ａ ｉｎ ａｉ ｏ ｈ ｖ ｌａ ｅ ｉ ｏ ｅ ｅ ｐ ｒｍ ｎ ｅ ｕ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｏ ｔｏｌｓ ｓｅ ｈａ ｏ ｄ ｄ ｎａ ｉ ｎｄ ｓａｉ ｒｏ ｍａ ｃ ｓ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｓｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｄ ｇ ｏ ｙ ｍ ｃ ａ ｔ ｔ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ． ｃ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｓｉ ｒ ｑｕｅ ｙ ｖｅ ｔ ｏｎｔｏｌ ａｓ ｎｃ ｏ ｕｓ ｍ ｏ ｏ ｄ ｌｐ ｆ ｅ ｎｃ ｃｏｒ ｃ ｒ ； ｙ ｈｒ ｎｏ ｔ ｒ；ｄｉ ｉａｌｓｇ ｌｐｒ ｃ ｓ ｏ ｇｔ ｉ ｎａ ｏ ｅ ｓ ｒ；ｓ ａｃ ｃ ｏｒ ｐ ｅ ｖｅ ｔ ｐｕｌｅ ｗｉ ｈ ｏ ｓ ｄｔ ｍ ｄｕｌ ｔｏｎ ａｉ
ｐ ｍ Ｌ
一
１
Ｌ Ｒｔ Ｌ ｍ ＋ｐ ｒ
１
的缺点 ， 并能实现控制系统的全数字化。本文即 以 Ｔ ３０ ２ ０型 Ｄ Ｐ为 控 制 核 心 ， 建 了 一个 ＭＳ２ Ｆ４ Ｓ 构
全 数字化 的转 差频 率 矢 量控 制 系 统 ， 进 行 了试 并
验 研究 。
Ｌｒ １
维普资讯
迫 弗 与粒 制 应 闭 ２０， ７ 乙 ０７ ４（ ） ３
控制与应用技术 Ｅ ｃ Ｍ矗
全 数 字 化 的 异 步 电机 矢 量 控 制 系统
朝 泽云 ， 康 勇 ， 徐 至新 ， 钟和 清
（ 中科技 大学 电气 与 电子 工程 学院 ， 华 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
（பைடு நூலகம் ２
０ Ｌ
称 分布 ， 相 电流所 产 生 的 磁 势在 气 隙 空 间 按正 各 弦 分布 ；２ 涡 流 、 饱 和 及 铁 心 损 耗 忽 略 不 计 ； （） 磁
（） ３ 不考虑 温度 和频率 变化对 电机 参数 的影 响 。
（ ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｉａ ａｄＥｅｔ ｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｈ ａｈ ｎ ｎ ｅｓｙ Ｓｈ ｏ ｏ ｅｔｃｌ ｎ ｌｃ ｏｉ ｎｉ ｅｉ ， ｕ ｚｏ ｇＵ ｉ ｒｉ Ｅ ｒ ｒ ｎ ｎ ｖ ｔ
ｏ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｗｕ ａ ３０ ４ Ｃ ｉａ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃ ｎ ｌ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｈｎ ） ｅ ｇ
机在 转子 磁场定 向 ｄｑ同步旋 转 坐标 系下 的 数学 － 模 型 。需 要说 明的是 ， 对于 笼型 异步 电机 ， 由于 电
机转 子短路 ， 以转 子端 电压为零 。 所
（） １ 电压方程
ｓ ｄ
Ｒ ＋
一
Ｌ ｓ Ｌ ｍ
一
Ｒｓ Ｌｓ ＋ｐ ０ ０
Ｌ １
一
关键 词 ： 差 频 率 矢 量 控 制 ； 步 电机 ； 字 信 号处 理 器 ； 间 矢 量 脉 宽 调 制 转 异 数 空 中图 分 类 号 ： Ｍ ０ ． ：Ｔ ４ 文 献标 识 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６４ （０ ７ ０ － ２ －３ Ｔ ３ １２ Ｍ３ ３ Ａ １７ －５ ０ ２０ ）７ ０ １ ０ ０
Ｆｕ ｌＤｉ ｉａ ｃ ｏ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｃ ｏ ｏ ｓ Ｍ ｏ ｏ ｙ ｔ ｍ ｌ・ ｇｔ ｌＶｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｏｌｄ Ａｓ ｎ ｈｒ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｓ ｓｅ
ＺＨＡＯ — ｕ Ｚｅｙ ｎ， ＫＡＮＧ ｏ ｇ ， ＸＵ ｉｘ ｎ， ＺＨ ＯＮＧ ｉ — ｉｇ Ｙｎ Ｚｈ — ｉ ｌｅ ｑｎ
０ 引 言
矢 量控制 技术 目前 已成 为 高性 能异步 电机 变 频 调速控 制 系统 的主要方 案 。 由于矢 量控 制系 统 结 构 的复杂性 ， 得 控制 过 程 中需 要 大 量 的 数学 使
运 算 。而 电机 控制 专用数 字信 号处理 器 （ Ｓ ） Ｄ Ｐ 的 出现 ， 有效 克服矢 量控制 中运算 量 大 、 可 变换 复 杂

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异步电机矢量控制数字化系统设计与实现

异步电机矢量控制数字化系统设计与实现

异步电机矢量控制的数字化系统的设计与实现摘要：为了满足交流传动系统对异步电机控制的要求，根据异步电机的工作原理和矢量控制的原理，详细分析了空间矢量脉宽调制（svpwm）算法和控制实现方法，建立了以tms320f2812型dsp 为控制核心的异步电机矢量控制数字化实验平台，实现了对异步电机的高效控制。

实验结果表明，该数字化系统具有良好的性能，实现方法简单有效便于工程实际应用。

关键词：异步电机矢量控制空间矢量脉冲调制 tms320f28121 引言矢量控制以磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下的直流量，可以将定子电流分为励磁电流与转矩电流进行分别控制，进而控制异步电机的转矩、转速[1]，从而使电机的控制效果达到直流电机的控制效果。

本文采用基于转子磁场定向的矢量控制结合svpwm对异步电机进行控制[2，3]。

以三相对称正弦电压供电时的理想圆形磁通为基准，用逆变器不同开关模式进行组合，使实际磁通逼近基准磁通。

以tms320f2812型dsp为控制核心，进行了数字化异步电机调速控制系统的研究。

2 svpwm原理及实现2.1 svpwm原理交流电机的对称三相正弦供电电压所合成的电压矢量us是一个旋转的空间矢量，以角速度ω=2πf按逆时针方向匀速旋转。

逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，定义开关函数 sx （x=a、b、c）为：（sa、sb、sc）的全部可能组合共有八个，6个非零矢量ul（001）、u2（010）、u3（011）、u4（100）、u5（101）、u6（110）和两个零矢量u0（000）、u7（111），如图1所示。

图 1 电压空间矢量图2.2电压空间时间作用时间的计算对于任意的电压矢量，可以通过某两个基本空间矢量来合成，以第一扇区为例：（2）其中ts为参考旋转电压矢量uref的作用时间，t1和t2分别为电压矢量u4和u6的作用时间，在αβ坐标系下有：（3）从上式可以得到，相邻电压空间矢量作用时间t1、t2。

感应电动机全数字矢量控制系统的设计

感应电动机全数字矢量控制系统的设计

于 山东矿业学 院测量工程专业， 现在山东莱芜南冶煤矿地测 科从事测绘工作 。
算的工作效率和质量， 为实现测量数据处理的微机 自动化奠
定 了 ｌ 拭晨 救
２ ６ 第４ ０年 期 ０
Ｗ Ｍ逆变器 ， 采用这种控制方法的原因：１ＳＷＶ逆变器的 （ ）Ｐ ｌ ｌ 输出比六阶阶梯波更好的输出电压波形；２ 能抑制或消除 （） 低次谐波， 使负载电机可以在近似正弦波的交变电压下运 行， 脉动转矩小， 大大扩展了拖动系统的调速范围， 并提高系
节无关 ， 加快了系统的动态响应。
１３ 滤 波抗 干扰 电路 ． １３ １ 采用低通滤波 电路 ．．
向相反 。 磁场减小 ， 随着 减小。因为放大器 的放大倍数 使
很大 ， 最后的结 果是
ｌ ＮＰ≈ Ｉ Ｎｓ Ｐ ｓ
０ Ｂ一０ 此时 ： ， ，
为防止高频 干扰 ， 在硬件设 计 中， 多处采 用 了低通 滤波
图 １ 。 图 ２ Ｍ 法测 速 电 路 原 理 图
图 ２中， 时器 、 定 汁数器可用 ８Ｃ ９ＭＣＭ ０ Ｉ６ ／ Ｄ内部的定时／ 计数 器 Ｔ 和 ｒ 来完成 。采用时钟上升沿有效 、 １ Ｉ ２ 直接复位 的 Ｄ触 发器和门电路 ， 以实现定时和计数 的起始 同步。Ｃ Ｕ发出 用 Ｐ 启动检测信号后 ， Ｐ脉冲下一个 上升沿到 来时 Ｑ被置位 ， 在 开始定时、 计数 。当定 时器预算 的定 时时 间 Ｔ到时 ， ｃ Ｕ 向 Ｐ
统的性能。 １２ ３ 中间滤波环节 ．．
本系统采用大电容做为中间滤波环节。采用大电容作 为中间滤波环节， 可能会使系统的动态响应速度变缓慢， 但 是 由于 ＳＷＭ逆变环节 同时实现调压调频 ， Ｐ 而使其与 中间环
图３ 磁场平衡式霍尔电流传感器原理 图 绕在聚磁环上的线圈 ， 生的磁势和待 测电流产生 的磁势方 产
异步电动机的矢量控制系统

异步电动机的矢量控制系统

电机MT
isT 轴模型
cosφ sinφ
cosφ sinφ
注意：如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为控制器中反 旋转变换器与电机内部的旋转变换环节相抵消，2/3变换器 与电机内部的3/2变换环节相抵消，则虚框内的部分可以删 去，剩下的就是直流调速系统。
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28
控制Βιβλιοθήκη i*sM M Ti*sT
(7 21)
小结：矢量控制基本方程☆
r
Lm 1 Tr
p
isM
或 : isM
1
Tr Lm
p
r
(7 12)
Te
np
Lm Lr
isT r
(7 15)
sl
Lm
Tr r
isT
(7 -17)
24
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25
二、矢量控制方法
既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那 么，模仿直流电动机的控制方法，给出直流电动机的控制量， 再经过相应的反变换就能控制异步电动机。
第29页/共68页
cosφ sinφ
根据单位矢量获取方法的不同，矢量控制方法可分为两种： ✓直接矢量控制(由Blaschke发明) ✓间接矢量控制(由Hasse发明) 。
当矢量控制所用单位矢量和磁链是直接检测到的或由检 测到的电机的端子量及转速计算得到时，被称为直接矢量 控制，也可称为磁通反馈矢量控制（Feedback Vector Control）。
MT坐标系： 规定d轴沿转子磁链Ψr方向，并称之为M (Magnetization)轴， q轴则逆时针转90º，即垂直于转子磁链Ψr，称之为T (Torque)轴。这样的两相同步旋转坐标系就规定为MT坐标系， 或称按转子磁场定向(Field Orientation)的坐标系。
基于ARM核微控制器的异步电机矢量控制

基于ARM核微控制器的异步电机矢量控制


以像直流电机一样控制 ， 与传统采用 Ｖ Ｆ ／ 控制相比， 矢量控制存在着控制精度高，动态性能好等特点。 随着计算机技术飞速发展 ，以微处 理器为核心 的 全数字化控制 电路 已被广泛采用 ， Ｍ处理 器核 因其 ＡＲ 卓越的性能和显著优点，已成为高性能、低功耗、低 成本嵌 入式处理器核 的代名词 。一些基于 ＡＲＭ 核的 微控制 器都可支持Ｄ Ｐ 算并能够达到较 高的运算指 Ｓ运 标 ， ３位微控制 器作为整个 系统的 Ｃ Ｕ， 用 ２ Ｐ 能够弥补 单 Ｄ Ｐ芯片在控制方 面的不足 ， ｓ 节约成本并 降低 系统 的复杂性 。同时 ，在一定程度上可取代 由 ８ 位和 ｌ 位 ６ 单 片机构成的双 Ｃ Ｕ控制的异步电机调速系统。 Ｐ 在低 成本的变频调速系统 中有着 良好的发展前景 。 １ Ａ Ｍ微控制器一 ＬＣ ２０ Ｒ Ｐ２１ 特点 ＡＲ Ｍ处 理器核具有小 体积 、 低功耗 、成本低 、 高 性能的特点， 它支持 Ｔ ｕ ｂ （ 位 ）／ Ｒ （２ ｈｍ １ ６ Ａ Ｍ ３ 位） 双指令集， 能很好的兼容 ８ ／ ６ 位 １ 位器件 ， 并且大量使 用寄存器， 使得指令执行速度更快 ， 大多数数据操作都 在寄存器当中完成 ， 寻址方 式灵活并且 简单 ， 行效率 执 高， 指令长度固定。Ｐ ＬＰ ＨＩＩＳ公司的 Ｌ Ｃ ２ ０ Ｐ ２ １ 微控制 器是基于 ＡＲ Ｔ Ｍ７ ＤＭ卜 Ｓ 的 ， ＲＭ７ Ｄ 支持 ６ 核 Ａ Ｔ Ｍ１ ４ 位结果的乘法 ， 半字 、 有符号字节存取 ， 支持Ｔ ｕ 指 ｈ ｍｂ 令集 ；２Ｘ８ Ｓ ３ Ｄ Ｐ乘法器 ；２ ３ 位寻址空 间 － Ｇ ４ Ｂ线形地
（ 昆明理 ｉｇ Ｘｉ ｇＦ ｎ ｈ ｎ Ｚ ａ ｇＹ ｎ Ｆ ｎ Ｙ ｎ ｌ ｉ ｎ Ｊ ａ ｅ ｇ ｏ ｇ ｎ ｈ ｎ ｏ ｇ ａ ａ ｇｉ ｕ