基于DSP的異步電機矢量控制

　　摘要：矢量控制是一種高性能的交流電機控制方法，具有控制轉矩小，電流諧波成分少等優點。本文介紹了一種以TI公司的TMS320F2812為核心的基于矢量控制變頻調速系統設計，描述了各硬件功能單元的組成結構和設計特點，并給出了設計方案和軟硬件的設計方法。

關鍵詞：異步電機；矢量控制；電流調節

 

DSP-based vector control of asynchronous electromotor

 

Ma Zhaoxun    Yang Guowei

(Harbin Jiuzhou Electric Co.,LTD.  Haerbin  150081  Heilongjiang)

 

Abstract：Vector control is a high performance AC motor contro methord. With the advantage of small control torque, small current harmonics and so on. This paper introduce a system design that based on vector control VVVF to TI’s TMS320F2812 as the core, description of the hardware functional unit of the structure and design features, and gives the design proposal and design methods of hardware and software.

Key words：asynchronous electromotor；vector control；current Regulator

 

1.引言

近年來隨著電力電子學的飛速發展，各種新型大功率半導體器件，如IGBT的出現，使電力電子器件正朝著大容量、高頻、易驅動、低損耗、智能模塊化的方向發展，促使交流傳動得到了飛速發展。它已經進入與直流傳動相競爭的階段，并有取而代之的趨勢。相對于直流電機而言，交流電機結構簡單、價格低廉、運行可靠，交流電機控制理論、微型計算機技術、特別是電力電子技術的飛速發展，促使高性能交流變頻調速技術得到了極大發展，在生產、生活的各領域都有廣泛應用。數字信號處理器(簡稱DSP)是當前迅速發展的一種具有特殊結構的微處理器，它集微電子學、數字信號處理、計算機技術三門學科于一體。DSP的內部結構采用程序總線和數據總線分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，采用流水線操作，所以可快速地實現各種數字信號處理算法，適用于實時控制。

2.異步電機矢量控制原理

矢量控制通過將電機的電流、電壓、磁鏈等量變換到同步坐標系中實現電機轉矩和磁通的解耦控制，從而實現快速的轉矩響應及較高效率的運行。這種方法同時對交流量的幅值和相位進行控制，因此叫做矢量控制。矢量控制模仿了直流電機的換向器保持磁通和電樞磁動勢垂直的機理，使交流電機的控制性能達到直流電機的水平。

異步電機矢量控制根據所采用的坐標系定向方向的不同可分為轉子磁場定向、定子磁場定向及氣隙磁場定向矢量控制。定子磁場定向矢量控制雖然磁通和轉矩的解耦不完全，但是可以通過前饋補償的方法實現解耦控制。由于定子磁場定向控制直接控制定子磁通，這使得它能夠最大限度地利用母線電壓和逆變器的電流輸出能力，更適于弱磁場合下的控制。氣隙磁場定向的矢量控制采用了可以通過傳感器直接測量的氣隙磁鏈，而且電機磁通的飽和程度與氣隙磁通一致，更適合處理飽和效應，但是其磁通和轉矩的解耦也不完全，控制略顯復雜。轉子磁場定向的矢量控制，勵磁電流和轉矩電流的解耦最完全，因而在異步電機的矢量控制中得到了廣泛的應用。

電壓方程式：