基于DSP的智能数字三相交流调压调功器的研制

基于DSP的三相电压型PWM整流器控制系统设计张纯江1,2,王英1,赵清林1,刘彦民1(1.燕山大学,秦皇岛066004;2.哈尔滨工业大学,哈尔滨150006摘要:介绍了一种由DSP控制的三相PWM整流器的新型间接电流控制系统,提出了新型相位幅值控制方法,以滞后角ξ作为输入变量。

采用TMS320F240为核心控制芯片,实现控制算法和空间矢量的数字算法。

实验结果表明,系统可以按照给定调节输出直流电压并且能够实现单位功率因数。

关键词:整流器;脉宽调制/数字信号处理器;相位幅值控制中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号:1000-100X(200206-0045-03Control System Design of the Three2phase Voltage2fed R ectif ier B ased on DSP ZHAN G Chun2jiang1,2,WAN G Y ing1,ZHAO Qing2lin1,L IU Yan2min1(1.Yanshan U niversity,Qin Huangdao066004,China;2.Harbin Institute of Techniology,Harbin150006,ChinaAbstract:This paper presents a new idea of indirect current control s ystem of three2phase PWM rectifier based on DSP.A new phase2amplitude control method is proposed.The lag angleξis regarded as the input variable.The cont rol algorithm and the digital algorithm of the space vector control are im plemented withTMS320F240chip.Experiments show that the system realizes the unity power factor and regulates output DC voltage according to the voltage reference.K eyw ords:rectifier;PWM;DSP;phase2amplitude control1引言三相整流器在中等功率及大功率电能变换中应用很广,通常作为逆变电路或是大型U PS电源的前级直流电源。

摘要：随着电力电子技术的发展，以及各种新型控制器件和先进控制方法在电机调速系统中的应用，交流电机控制精度得到了极大的提高。

为了满足高性能、节能和环保的要求，交流电机调速以其特有的优点，正逐步取代直流调速，在电气传动领域中扮演着重要的角色。

本课题主要针对交流异步电机变频调速控制系统进行了研究和探讨，提出了相应的软、硬件设计方案，以TI公司的电机专用控制芯片DSP TMS320LF2407A为控制核心，采用V／F控制和空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)相结合的控制方法，实现了对交流异步电机变频调速控制。

关键词：DSP、SVPWM、交流异步电机、变频调速一、交流异步电机的数学模型三相交流异步电机是一个多变量、高阶、非线性、强耦合的复杂系统，为了方便对三相交流异步电机进行分析研究，抽象出理想化的电机模型，通常对实际电机作如下假设：1)忽略磁路饱和的影响，认为各绕组的自感和互感都是恒定的。

2)忽略空间谐波，三相定子绕组A、B、C及三项转子绕组a、b、c在空问对称分布，互差120。

电角度，且认为磁动势和磁通在空间都是按J下弦规律分布。

3)忽略铁心损耗的影响。

4)忽略温度和频率变化对电机参数的影响。

1.1 异步电机的原始数学模型异步电机的原始数学模型可由以下四组方程表示：1．电压方程三相定子绕组的电压方程为：（1-1）三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为：（1-2）式中uA，uB，uC，ua，ub，uc——定子、转子相电压的瞬时值；iA，iB，iC，ia，ib，ic——定子、转子相电流的瞬时值；ψA，ψB，ψC，ψa，ψb，ψc——各绕组的全磁链；R1 ，R2——定子、转子绕组电阻。

将以上电压方程写成矩阵形式,并以微分算子P代替微分符号d／dt（1-3）也可以简写为：U=Ri+pψ(1-4)2．磁链方程由于每个绕组的磁链是它本是的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，六个绕组的磁链可以表示为：（1-5）也可简写为：ψ＝Li (1-6)式中，L是6 x 6的电感矩阵，其中对角线元素是各有关绕组的自感，其余各项是绕组间的互感。

基于DSP的三相变频器控制系统的设计一、引言三相变频器是一种能够将电流频率和电压进行调节的电力装置，通过控制电机的转速，实现对电机的调控。

而基于数码信号处理器（DSP）的三相变频器控制系统能够更精确地控制电机的运行，并提供更高的效率和稳定性。

本文将详细介绍基于DSP的三相变频器控制系统的设计原理和实现方法。

二、三相变频器的工作原理三相变频器主要由整流器、逆变器和控制系统组成。

其中，整流器将交流电源转换为直流电源，逆变器将直流电源转换为可调节的交流电源。

控制系统负责采集和处理电机的转速信号，并通过对逆变器输出电压和频率的控制，实现对电机转速的调节。

三、基于DSP的控制系统设计1. DSP芯片选择由于对于三相变频器控制系统来说，需要实时采集和处理电机转速信号，因此需要选择性能优越的DSP芯片。

根据系统需求，选择XX型号的DSP芯片，该芯片具有高速计算、丰富的外设接口和完善的开发工具链。

2. 电机转速信号采集在控制系统中，需要采集电机的转速信号，一种常用的方式是使用霍尔元件结合磁铁进行转速检测。

通过安装霍尔元件和磁铁在电机轴上，当磁铁经过霍尔元件时，会产生电平变化，通过检测电平变化的频率，可以得到电机的转速。

3. 控制算法设计基于DSP的三相变频器控制系统需要设计合适的控制算法，以实现对电机转速的精确控制。

常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。

通过对转速信号的实时采集和处理，利用控制算法计算逆变器输出的电压和频率，可以很好地控制电机的转速。

4. 逆变器输出控制逆变器是三相变频器中一个重要的组成部分，负责将直流电源转换为可调节的交流电源。

通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对电机转速的调节。

基于DSP的控制系统可以通过PWM（脉宽调制）技术对逆变器输出进行控制，根据控制算法计算出的电压和频率值，通过调节PWM信号的占空比，控制逆变器输出电压的大小和频率的变化。

5. 界面设计和通信功能控制系统通常还具备用户界面和通信功能，以便用户对系统进行监控和调节。

基于DSP的三相异步电机变频调速控制器设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

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本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。

论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日1.要求：系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。

2.概要：电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是变频调速技术。

本文研究一种基于数字信号处理器（DSP）的三相异步电动机变频调速系统。

论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。

脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的基本原理和控制算法。

矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。

论文用Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。

在硬件设计方面，系统以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（IPM）PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及DSP 与PC 机通信电路等模块进行设计。

基于DSP控制的三相AC/AC变频器控制方案的研究引言AC/AC 变频器是指直接将较高固定频率的电压变换为频率较低而输出电压幅值可变的变换器。

为了使输出电压的谐波减到最小，要求在交流传动中应用的变频器输出电压的波形尽可能接近于正弦，那么就要对反并联变换器的触发延迟角连续进行交变的相位调制。

近年来，微处理器的迅猛发展使数字化的交 - 交变频器在电力拖动中的应用日益广泛，本文以TI公司的DSP芯片TMS320F240为核心来研究三相交-交变频器的各种控制方案，并且比较了各自的优缺点。

本系统的硬件基础包括主回路、晶闸管驱动电路、I/O扩展电路、数据采集电路。

由数据采集电路产生换组的零电流信号和三相同步信号。

捕获中断口 CAPINT1 每隔 60o（10/3ms）捕捉电源的同步信号，进入同步信号中断程序，结合I/O端口 PB1、PB2、PB3所处的状态，就可以确定相应的同步波波头值以判相定管。

I/O 端口 PC0、PC1、PC2 检测三相电流的过零检测信号，当过零信号有效时，进入相应的换组子程序，进行换组。

在触发脉冲产生的时刻，这时将编码通过数据总线输出到I/O扩展电路以触发相应的晶闸管。

以此硬件电路作为基础介绍了几种控制方法编写程序，并比较了各自的优缺点。

1 逐点比较法图1：比较法确定的换相时刻图。

电网换相AC/AC变频器的交流输出电压是由其各相输入电压波形的各个片段组合而成的。

理想的调制方法应能使输出电压的瞬时值与正弦波形的差值保持最小。

设要求输出的基准电压，输出的三相交流线电压波形为 u1， u2，如图1所示。

只要原先导通相u1比相继导通相u2更接近要求输出的理想电压，即（uR-u1）《（u2-uR）得uR《（u1+u2）/2，则u1应继续出现在输出端。

当 uR=（u1+u2）/2，则由u1转换到u2。

以自然换相点作为起点，则则当触发角为a时，要求因此，对于脉波的交-交变频器，以各晶闸管触发延迟角a=0为起点的一系列余弦同步电压与理想输出电压的交点为触发点，即可满足输出的电压波形与正弦电压相差最小的要求。

基于DSP的大功率三相三电平逆变系统设计与实现基于DSP的大功率三相三电平逆变系统设计与实现摘要：本文针对大功率三相三电平逆变系统的设计与实现进行了研究。

首先介绍了逆变器的基本原理和分类，然后对三相三电平逆变系统的工作原理进行了详细阐述，并提出了一种基于DSP的控制算法。

接着，根据设计要求，进行了硬件选型和系统组成部分的设计。

最后，设计了相应的实验平台，通过实验验证了系统的性能和稳定性。

关键词：大功率三相三电平逆变系统；逆变器；DSP控制算法；硬件设计；实验验证第一章引言随着电力需求的不断增长，大功率逆变系统在电力传输和能源变换领域中起着重要作用。

而三相三电平逆变系统作为一种有效的能源转换装置，具有输出波形质量好、运行稳定等优点，因此备受研究者关注。

本文旨在设计并实现基于DSP的大功率三相三电平逆变系统，提高系统的控制性能和效率。

第二章逆变器基本原理与分类2.1 逆变器基本原理逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置，其工作原理是通过周期性开关功率器件，改变直流电源的极性和电流方向，使其输出交流电压。

在逆变器中，开关器件的控制与驱动是关键步骤。

2.2 逆变器分类逆变器按照交流输出波形可分为方波逆变器、脉宽调制（PWM）逆变器以及多电平逆变器等。

本文所设计的大功率三相三电平逆变系统属于多电平逆变器。

第三章三相三电平逆变系统工作原理3.1 三相三电平逆变系统结构三相三电平逆变系统由直流供电部分、逆变部分和控制调节部分组成。

其中，直流供电部分提供逆变器所需的直流输入电源，逆变部分将直流输入转换为交流输出，控制调节部分通过控制算法实现对逆变系统的控制和调节。

3.2 三相三电平逆变工作原理三相三电平逆变系统通过采用三相桥臂的方式，控制三个桥臂的开关状态，实现相应的电平输出。

采用多电平逆变技术可以提高系统的输出波形质量，减小谐波含量。

第四章基于DSP的控制算法设计针对三相三电平逆变系统，本文设计了基于DSP的控制算法。

基于DSP的三相无刷直流电动机调速系统的研究的开题报告一、研究背景和意义直流电动机是一种调速性能优良的电机，但是其需要对电机的换向进行控制，对于高压、大功率的直流电动机的换向控制较复杂，且容易发生损坏。

因此，无刷直流电动机因其具有转子自身磁场旋转，省去了机械换向，使得其结构简单、可靠性高、噪音小、寿命长等特点逐渐替代了传统的直流电动机。

而基于DSP芯片的控制技术能够对三相无刷直流电动机进行高效、快速的控制，这为无刷直流电动机的应用提供了强有力的支持。

因此，本研究旨在基于DSP芯片和空间矢量PWM技术，设计并实现一种高效、准确、可靠的三相无刷直流电动机调速系统，实现对电动机的速度、转矩等参数的精确控制，提高电机的效率和稳定性，满足现代工业自动化、智能化生产的需求。

二、研究内容和目标本研究的主要内容和目标如下：1. 研究三相无刷直流电动机的基本原理和结构特点，分析其控制特点和应用场景；2. 研究基于DSP芯片的三相无刷直流电动机调速系统的设计原理和控制策略，包括控制算法、控制方式、控制电路等；3. 设计硬件电路，包括电机驱动电路和采样电路，并进行相应的模拟和数字信号处理；4. 进行实验验证，通过对电机速度、转矩、电流、电压等参数的测试和分析，验证所设计的控制系统的稳定性和准确性，评估其性能表现和优化方向；5. 对实验结果进行分析总结，提出改进和完善的方案，为无刷直流电动机调速系统的性能提升和优化提供技术支持。

三、拟采用的技术和方法本研究拟采用的技术和方法包括以下几个方面：1. DSP芯片技术，选用高性能、低功耗、高速运算的DSP芯片进行控制系统的设计和实现，以实现稳定、高效的控制；2. 空间矢量PWM技术，通过对空间矢量PWM技术的研究和应用，实现对三相无刷直流电动机的准确控制；3. 电机动态模型建立和仿真，通过建立电机动态模型和仿真，实现对系统的优化和性能评估；4. 实验验证，通过对电机的实际测试和分析，验证控制系统的稳定性和准确性，评估其性能表现和优化方向。

基于DSP的三相变频器设计与控制方法研究概述：作为一种重要的电力电子设备，三相变频器在电机驱动和工业自动化领域中发挥着重要作用。

传统的三相变频器通常是基于模拟控制技术实现的，其存在功率损耗大、控制精度低、适应性差等问题。

而基于数字信号处理（DSP）的三相变频器则能有效克服这些问题，具有更高的效率和更稳定的控制性能。

一、DSP在三相变频器中的应用1. 数字信号处理的基本原理数字信号处理是指通过采样、量化和编码等手段将连续时间的信号转换为离散时间的信号，并在数字域中进行运算和处理，最后再将处理结果转换为模拟信号。

DSP芯片作为数字信号处理的核心，通过算法和运算实现对数字信号的处理。

2. DSP在三相变频器中的作用基于DSP的三相变频器通过先进的控制算法和高速运算能力，实时监测电机的状态，控制电机的转速和输出功率，从而实现对电机驱动的精确控制。

DSP能够快速响应外界变化，根据不同的控制策略进行调整，提高电机的可靠性和运行效率。

二、基于DSP的三相变频器设计与实现1. 系统硬件设计基于DSP的三相变频器的硬件设计包括对DSP芯片的选择、外围电路的设计和电源模块的配置等。

在选择DSP芯片时，需要考虑其运算速度、存储容量和通信接口等因素，以满足系统的实时性和扩展性需求。

外围电路的设计包括输入滤波器、功率放大器和保护电路等，可以提高系统的抗干扰能力和稳定性。

2. 系统软件设计基于DSP的三相变频器的软件设计主要包括控制算法的实现和运算程序的编写。

控制算法的实现包括选择合适的控制策略和设计相应的控制算法，如基于矢量控制的电流调制算法和PWM调制算法等。

运算程序的编写则需要根据控制算法设计相应的运算流程和子程序，以实现对电机转速和输出功率的精确控制。

三、DSP在三相变频器控制中的优势1. 高精度控制基于DSP的三相变频器具有高速运算和高精度采样的特点，能够实时监测电机的状态和运行数据，从而实现对电机转速和输出功率的精确控制。