DSP的异步电动机控制系统具体介绍

核心提示1 异步电机控制的数学模型鼠笼式异步电机在d,q两相同步旋转坐标系下的数学模型的电压方程为:其中:usd和usq分别为d,q旋转坐标系下的定子电压;isd和isq分别为d,q旋转坐标系下的定子电流;ird和irq分别为d,q旋转坐标系下的转

1 异步电机控制的数学模型

鼠笼式异步电机在d,q两相同步旋转坐标系下的数学模型的电压方程为:

其中:usd和usq分别为d,q旋转坐标系下的定子电压;isd和isq分别为d,q旋转坐标系下的定子电流;ird和irq分别为d,q旋转坐标系下的转子电流;Rs和Ls分别为定子绕组的电阻与自感;Rr和Lr分别为定子绕组的电阻与自感;Lm为定转子互感;P为微分算子;ω1为同步旋转角频率;ωs为转差角频率;

将转子磁链矢量定在d轴方向上,可以推导出转子磁链为:

其中:Tr为转子时间常数。

由式(2)可见,调节定子电流的isd分量可以调节转子磁链ψr,而当保持该定子电流磁通分量不变时,转子磁通保持不变。其转矩方程为:

其中:Te为电磁转矩;np为电机的极对数;由式(3)可见,控制定子电流isq分量可以控制电机的电磁转矩Te,通过该转矩分量可以调节电机的转速。该控制系统采用双闭环结构,图1所示是其控制系统结构原理图。 该控制系统所检测的两相定子电流经Clarke与Park变换后可产生转矩电流分量和励磁电流分量,然后结合检测转速并通过电流模型计算坐标变换所需的磁链角。检测转速与给定转速误差经PI调节后将生成转矩给定值。转矩电流分量与励磁电流分量的误差经PI调节可产生u小M。给定值,并在通过旋转坐标变换后输入SVPWM模块以产生6路PWM波,从而控制逆变器。2 SVPWM原理

电压空间矢量PWM技术是SPWM技术与电机磁链圆形轨迹直接结合的一种方法。它从电动机角度出发,直接以电动机磁链圆形轨迹控制为目的,该方法不仅在控制上与SPWM的效果相同,而且更直观,物理意义更明晰,实现起来也很方便。SVPWM调制方法是利用交替使用不同的电压空间矢量(六个基本电压矢量和两个零矢量)合成实现的。参考矢量合成规则是:由当前参考矢量所在扇区的两个电压矢量分别作用一定时间合成所得。为了补偿参考矢量的旋转频率,设计时需要插入零矢量。

2 控制系统硬件组成

本系统主电路由整流电路、中间直流电容滤波和IGBT模块封装逆变器等组成。控制电路采用TI公司的电机专用控制芯片TMS320F2812为核心,由DSP最小系统板与控制底板构成,用以实现采样调理、矢量控制及SVPWM调制算法等。此外,该控制系统还包括隔离开关电源、PWM驱动电路、转速转矩传感器、以及霍尔电流传感器等辅助电路,其中开关电源为整个控制电路提供多路隔离电源,其控制系统总体框图如图2所示。2.1 定子电流检测

通过霍尔电流传感器可将采样得到的两相定子电流经过调理电路后送入DSP的AD口,以将模拟信号转换为数字信号。其采样转换过程如图3所示。2.2 转速检测

通过智能数字式转矩转速测量仪可检测转速。当测速码盘连续旋转时,可通过光电开关输出具有一定周期宽度的脉冲信号,这样,根据码盘的齿数和输出信号的频率,即可计算出相应的转速。

3 控制系统软件设计

控制系统软件主要分为两部分:一是控制系统主程序,包括系统初始化、定时器初始化、使能定时器下溢中断与CPU中断、其他系统模块参数初始化等;二是中断子程序,包括ADC模块、CLARKE/PARK变换模块、Id/Iq与速度PID模块、PARK逆变换模块、SVPWM模块、速度计算模块、电机电流模型计算模块等。整个系统软件的总体结构如图4所示。 4 实验结果

通过实验可对上述矢量控制算法进行实验验证,实验时,可选功率开关管的开关频率为5kHz,死区为5.2μs。电机为4极三相笼型异步电机,其额定参数为:PN=3 kW,UN=220V,IN=7.5A,fN=50 Hz,nN=1500 r/min。图5所示是实验得出的结果和响应曲线。

该实验结果显示,该控制系统具有良好的动态和静态特性。

最近看电路图老是看到这样一个电路,不太明白它有什么作用,希望各位大侠指点一下,谢谢了。。。

第一个问题:不属于。TxCMPR产生是GP定时器自己的,而比较单元产生PWM使用的是自己比较单元的CMPRx。所以不属于。

第二个问题(回答有点长,您耐心点,因为我想写通俗点,不用专业词汇。):在我回答前,您要要知道产生PWM的大概原理,通俗点说就是,GP定时器里有一个计数器在一边计数,一边和定时器自己的比较寄存器里的数进行比较(小于比较寄存器的数,TxPWM引脚电平不变,大于则变),(天哪!我现在才看到您这个问题是09年提出来的,不知道我现在回答您会不会看了,或者您的这问题已经想通了。但是我都写了那么多了,还是继续写吧。)如果是连续递增模式计数下,计数器计数到周期寄存器的值,则变为0,重新计数。这就是PWM的工作原理。

第三个问题:(这个问题回答更长)其实附加波形就分别是那3个比较单元产生的PWM的镜像。如第一个比较单元PWM为高电平时,附加PWM就为低电平。这是由硬件自己搞定的,你只要把3个比较单元PWM设置好,硬件自动产生附加PWM。但是死区时间要自己设置。

您在使用DSP的时候要好好想想为什么TI公司要这样设计DSP?其实3个比较单元产生带死区的6路PWM是用于控制3相全桥电路的,用于控制交流电机(至于为什么要花那么大功夫去控制交流电机,这个您得好好了解,很有好处,这里我就不多解释了)。

先解释一下什么是死区时间吧。看看3相全桥电路——下面图12_19

您要先搞懂上面的电路,就是PHa1和PHa2不能同时导通,也就是3路比较单元产生的PWM与各自的附加PWM不能为同时为高。下图12——20就是理想波形。

但是这样是有问题的,因为开关管的开启闭合不是瞬间的。所以在PHa2由高电平变为低电平的瞬间,PHa1是不能直接由低电平变为高电平,要延长一段时间,而那段时间就是死区时间。

死区时间采用多少?如何控制?于是便有了您提问的什么是死区控制。

终于回答完了,不知道您懂了没有?您这个问题是09年的,而我是14年4月初开始接触DSP,现在时隔近5年,想必您已经在这方面有所成就了,我这个后生仔让您见笑了。

sts原理图( dsp控制),两路市电输入,经快速掉电检测,检测掉电后,在8ms内切换到备用电源。

为了分析ADC输入端对运放输出端造成的影响,我们对SAR-ADC的输入端进行建

模。如图2所示,SAR-ADC的输入端可以等效为一个开关S1连接着一个接地电容CSH ;

在电压采样前,CSH通过开关S2连到电源、电压参考或地来进行预充电,预充电电压值由

你自己的ADC电路决定。电压采样开始的时候,S2打开而S1闭合。当S1闭合的时候,驱

动电路从CSH注入或吸出电荷,而ADC需要一定的时间来采样信号。在这个采样时间里,ADC需要从驱动电路汲取足够的电荷量给CSH,使得系统达到1/2-LSB的精度范围之内。为了使你设计的电路精度达到更高,应该在运放与ADC 之间添加一个电阻RIN和电

容CIN(如上图所示)。CIN的角色是作为一个电荷存储器来为ADC的输入端提供足够的电

荷,而RIN用于避免运放与的CIN直接连接并使得运放工作更加稳定。RIN与CIN的结合至

少要符合ADC 采样时间的要求。最后,我们要选择一个带宽与RINCIN时间常数相匹配的

运算放大器。

首先最重要的是,你需要给采样电容CSH充电足够长的时间使其上的电压达到被采样

电压的±05LSB范围内。理论上来说,对12位转换器,充电时间应大于8倍RSW×CSH。考

虑到误差容限,器件参数变动,充电时间应取10~15 倍RSW×CSH。SAR ADC 需要一增益

为± 1V/V 的运放和外接的RIN和CIN电阻/电容对。在采样期间,ADC 利用CIN保持信号

稳定;电阻RIN将运放和ADC负载电容隔离。运放将ADC和高阻信号源隔离,同时方便

在采样阶段对CIN和CSH进行快速充电。

设计这样一个看似简单的电路,应遵循以下方法。CIN 须是银云母(silver mica)电

容或C0G 电容。这些电容能为CSH提供稳定的电压和频率性能。像X7R,Z5U 这样有电

压和频率“记忆”效应的电容,会降低ADC的总谐波失真。另外,CIN应大于20 倍CSH。接

下来再利用ADC 内部电阻,电容决定RIN:最终决定的CIN和RIN时间常数是CSH和RSW

的70%,RIN阻值大小为50Ω<RIN<2kΩ。当最终RIN和CIN决定后,运放电路应该在驱动阶

跃信号时也能及时稳定到期望的精度。

图我传不上去~你要是有什么需要找我要吧……

中文题目 :基于DSP带同步锁相的逆变器控制系统设计 外文题目 :A Design of Phase Locked Inversion Control System based on DSP

毕业设计(论文)共 ×× 页(其中:外文文献及译文××页) 图纸共×张

完成日期 20××年×月 答辩日期 20××年×月

摘要 UPS ( Uninterruptible Power System)是一种电力设备,当电网供电出现紧急故障时:UPS逆变电源可以利用蓄电池为负载提供应急供电。同时UPS也具有改善电网电力质量的作用。我国UPS市场需求巨大,每年UPS的市场销售量大约在80亿元人民币。除了电信、金融等行业对UPS的需求居高不下之外,制造业、交通业、能源业对于UPS的需求量呈现上升趋势。 本文介绍了UPS逆变电源的组成,分析了各部分的作用及其工作原理,研究了实现UPS逆变控制的关键技术。在此基础上,设计了基于DSP的UPS逆变控制系统,提出了一套融合软硬件的适用于UPS逆变电源的数字化精准控制方案。 UPS逆变电源的控制系统的硬件电路设计采用TI公司的32位TMS320LF2407A作为逆变控制信号和驱动控制信号产生的主芯片。本文在Album Designer软件环境下绘制电路原理图和PCB电路板。在电路板设计中加入了各种抗干扰措施,提升了系统的稳定性。 在完成UPS逆变电源控制系统的软硬件设计的基础上,本文将控制系统和UPS整机进行联合调试。调试结果表明,在本文设计的UPS逆变电源控制系统的协调下,可以使得UPS整机正常工作,IGBT驱动信号和可控硅控制信号正常,输出信号可以精确地跟踪市电频率,并且保持相位一致,同时输出电压抑制了输入电压中的高次谐波,改善了电网的质量。

 
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