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基于DSP的矢量控制交流驅動系統設計及仿真論文
摘要：研究了一種高性能全數字交流感應電機矢量控制驅動系統。該系統以空間電壓矢量控制技術為理論基礎，采用IGBT功率模塊作為開關元件，組成交_直_交電壓型逆變器，采用80C196KC單片bL+TMS320F240 DSP的雙CPU結構，DSP完成實時性要求高的矢量控制任務，16位單片機完成實時性要求比較低的管理任務，并給出了系統的硬件及軟件設計。實驗結果表明，系統易于實現，動態性能良好，軟硬件結構緊湊，具有很好的開放性。
關鍵詞：DSP;電壓空間矢量控制;變頻調速;80C196KC
PWM控制方式是交流變頻調速控制的基本方法，其中空間電壓矢量(SVf’WM)一被提出后就以其特有的優越性能，在電機調速方面得到廣泛應用，該種方法控制簡單，數字化實現方便，顯著減小逆變器輸出電流諧波成分及電機諧波損耗，降低脈動轉矩，提高電壓利用率。實驗結果表明，系統易于實現，動態性能良好，軟硬件結構緊湊，具有很好的開放性。
一、空間電壓矢量控制策略嘲
空間電壓矢量控制技術(SVPWM)是從電動機的角度出發，著眼于如何使電一理論和電機坐標軸系變換理論基礎之上的，物理意義直觀，數學模型簡單，便于微機實時控制，電壓空間矢量法與傳統的SPWM法相比，不但可以減少轉矩脈動和鐵損耗，而且可以提高電源的利用率。
二、系統硬件構成
系統主電路采用功率開關IGBT構成電壓型逆變器，控制電路采用全數字化設計，由數字信號處理器DSP (TMS320F240)、16位單片機80C196KC、高速高精度A/D轉換芯片及雙口RAM(IDT7133)等作為控制電路主體，還有高靈敏度的檢測電路和快速的保護電路等。
(一)主電路
主電路部分全部安裝在散熱器上，采用交.直.交電壓型逆變器形式，由不可控整流橋、濾波電容、逆變器及泵升抑制電路等組成。主電路輸入電壓為380V，同時系統設計了軟啟動電路以減少強電對主回路的沖擊：逆變器部分則實現直流電到變頻變壓(WVF)交流電的轉換，為電動機的定子繞組提供要求的交流電流。在整個系統故障保護環節中，設置了主回路過壓、欠壓、過熱、過載、制動異常、光電編碼器反饋斷線、通訊故障等保護，故障信號由軟硬件配合檢測，一旦出現保護信號，通過軟件或硬件邏輯立刻封鎖PWM驅動信號。系統采用磁平衡式霍爾電流傳感器采樣兩相電流，利用采樣的實時電流信息實現矢量控制和系統的過流保護。
(二)雙CPU控制系統
雙CPU控制系統由DSP子系統，單片機子系統，雙口RAM等組成。為了實觀系統的快速實時控制，系統在設計上采用了單片機+DSP雙CPU結構，DSP完成實時性要求高的矢量控制任務;FLASH結構的16位單片機80C196KC作為主機完成實時性要求比較低的管理任務，如控制參數設定、鍵盤處理、狀態顯示、串行通訊等，單片機和DSP之間的通訊采用靜態雙口RAM。
三、系統軟件
全數字交流感應電動機驅動系統的核心控制程序包含單片機和DSP實時兩部分控制程序。在PWM定時中斷程序中實現電流環采樣及控制、矢量控制、PWM信號生成，中斷控制周期設定為100 us，系統控制器的PWM開關周期設置為lOkHz，PWM死區時間為4ps，PMM信號采用空間矢量調制模式;功率驅動保護中斷程序則檢測智能功率模塊的故障輸出，當出現故障時，DSP的PWM通道將被封鎖，強制輸出變成高阻態：系統軟件由主程序和PMM定時中斷服務子程序構成。主程序在完成系統初始化之后進入循環，等待中斷的發生。檢測電流、轉速和發出6路PWM脈沖在DSP的定時器中斷服務子程序中完成。
四、實驗結果及結論
采用前面介紹的軟硬件設計，完成了變頻器的原理樣機，輸出頻率0～87Hz，并在實際用牽引電機上進行了空載實驗。牽引電機的基本數據如下：功率37KW，額定電壓200V，額定電流183A，額定頻率27 Hz。
該系統以空間電壓矢量控制技術為理論基礎，采用IGBT功率模塊作為開關元件，組成交-直.交電壓型逆變器，系統在設計上采用單片tfl,+DSP雙CPU結構，滿足了交流牽引電機的調速控制要求。系統保護功能完善，具備常規的過載、過壓、短路、缺相、過流等保護，還可以LED顯示故障類型。實驗表明，系統易于實現，動態性能良好，軟硬件結構緊湊，方案合理，工作可靠，提高了工作效率。
參考文獻：
[1]陳國呈.PWM變頻調速技術[M]，北京：機械工業出版社,1998.
[2]吳守箴，臧英杰，電氣傳動的脈寬調制控制技術Ⅱ[M]，北京：機械工業出版社，1999.
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