基于DSP的异步电动机直接转矩控制系统设计(2)
4.3异步电机直接转矩控制系统的建模与仿真 19
4.4仿真测试 21
4.4.1改变磁链滞环容差 21
4.4.2改变转矩滞环容差 26
4.4.3 突加转矩 26
4.4.4 改变负载转矩 27
5.1系统硬件设计总体框图 30
5.2 控制芯片 TMS320F2812 30
5.2.1芯片的特点： 31
5.2.2TMS320F2812DSP控制外设 31
5.3.1 检测电路部分 35
6 系统软件设计 37
6.1系统软件总体概括 38
6.2主程序 39
6.3系统下溢中断子程序流程图 40
7 总结与展望 43
参考文献 44
致谢 45
1 绪论
1.1 交流调速技术的发展与现状
直流电气传动和交流电气传动于19世纪先后诞生，然而，在20世纪的绝大多数时期内，鉴于直流传动的优良控制特性，一般在高性能的调速的传动一般采用直流调速。自从20世纪70年代以来，随着电力电子技术和控制理论的发展，交流电动机的控制技术取得了突破性的成果，高性能的异步电动机调速系统得以广泛的推广应用。由于交流电机是强耦和，多变量的非线性系统。相对于直流电机，实现良好的转矩控制是非常困难的。
交流电机的高性能调速方法一般是变频调速。它不但能实现无级调速，并且随着负载的特性不同，通过适当调节电压、频率的关系，可使电机始终高效运行以及获得良好的动态特性，比如低起动电流、高起动转矩。交流调速控制技术的发展经历了电压和频率协调控制、速度闭环转差率控制到矢量控制、直接转矩控制，控制理论的发展使调速系统性能不断提高。电压-频率协调控制是指调速时在基频以下使电压幅值与频率的比值保持恒定，实现恒转矩调速运行；在基频以上调速时，输出电压文持在额定值，使磁通与频率成反比减少，实现弱磁恒功率调速运行。其调速系统结构简单，只能满足一般的调速要求不高的场合。转速闭环转差率调速采用转速闭环控制，给定转速和检测的转速偏差经PI 调节器得到转差率。转速闭环反馈，转差频率控制是基于异步电动机稳态数学模型，动态时磁通不恒定，因此将影响系统实际动态性能。
20世纪70年代西门子工程师F.Blashcke首先提出异步电机矢量控制，用于解决交流电机转矩控制问题，其主要思路是基于坐标变换把三相系统简化为两相系统，再按转子磁场定向的同步旋转变换，实现定子励磁分量和转矩分量之间解耦，从而实现交流电机的磁链和转矩分别控制，并且获得与直流调速系统相似的动、静态特性。
20世纪80年代，德国Depenbrock教授于提出直接转矩控制，其思想是把电机和逆变器作为一个整体，使用空间电压矢量分析方法，在定子坐标系进行磁链、转矩的计算，通过磁链跟踪型PWM逆变器的开关状态直接进行转矩控制。此控制系统不需要对定子电流进行解耦，无需矢量变换的复杂计算，并且结构简单。随着电力电子技术、微处理器以及现代控制理论的发展，交流电机控制技术的发展会日新月异，新型的控制策略正在不断涌现，必将进一步推动交流调速的发展。
1.2 直接转矩控制技术的发展及应用
直接转矩控制是一种高性能的交流调速技术，它直接在定子坐标系下分析交
流电机的数学模型，控制电动机的转矩和定子磁链，简化了系统的结构。直接转矩控制技术是20世纪80年代由德国鲁尔大学M. Depenbrock 教授首先提出的磁链吹冰边形运动轨迹跟踪控制思想，随后日本学者也提出了类似的控制思想。直接转矩控制变频调速，是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下，计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM 信号发生器。该理论区别于矢量控制技术中转子磁链难以观测，系统性能受到电机参数的影响，以及复杂的矢量变换等技术难题，而直接转矩控制弥补可矢量控制的不足，它避免了复杂的坐标变换，对电机参数依赖程度小，它新颖的控制思想，简明的系统结构，以及优良的动静态性能备受广大工程人员的青睐，得到迅速发展。