基于DSP的异步电动机矢量控制调速系统的研究与设计

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目前,能源日益紧张,节能具有十分重要的意义。在我国,电动机是能源消耗的大户。电动机早期的调速方法由于调速范围小、效率低,造成能源的浪费。所以,迫切需要对电动机进行高效调速。电动机早期的调速方法,其系统的控制规律是从电动机的稳态模型出发,动态性能尚不能令人满意,而矢量控制则是从电动机的动态模型出发,具有良好的动态性能,是目前交流电动机先进的控制方式。本文以异步鼠笼感应电动机为研究对象,从电动机调速的实质出发,建立了异步鼠笼感应电动机的矢量调速控制系统。首先分析构建异步电动机的数学模型,通过坐标变换和按转子磁场定向,将定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量两个直流分量并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,达到直流电动机的控制效果。其次,介绍了调速系统的主电路结构,详细阐述了逆变器的工作原理。电机参数的准确辨识是矢量控制系统的关键,本文采用一种改进的电机参数离线检测方法,重点研究并建立了在堵转和空载状态下异步电动机的等效数学模型,通过实验获得电机各参数值,并进行了仿真分析,为进一步的研究奠定基础。本课题主要以TI公司的TMS320F2812型DSP (Digital Signal Processing)为控制核心,并在此基础上进行了数字化PWM交流变频调速系统的研究,阐述了在正弦脉宽调制(SPWM)控制技术、电压空间矢量(SVPWM)控制技术的基础上,并实现对异步电机的控制,提高了能量的利用效率,通过实验证明了其正确性及有效性。在硬件方面,组建了以TMS320F2812型DSP为控制器,设计数字接口完成频率给定、数据显示、通讯等功能;模拟接口完成电流、电压检测及保护等功能的硬件系统。主电路采用交-直-交电压源性变频器。软件方面,用C语言编制程序实现正弦脉宽调制、电压空间矢量脉宽调从而达到对异步电机变频调速的目的。实验证明本文提出的DSP矢量控制调速系统的软硬件设计是成功的,其结构简单,性能良好,运行稳定,抗干扰能力强,电机运行噪音小,不失为一套具有先进性、新颖性、实用性的控制系统,为今后开发高性能的矢量控制系统奠定了良好的基础。
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