DSP矢量控制变频调速系统设计+文献综述(3)
矢量控制的提出，赋予了交流电机新的生机，大大拓宽了交流电机的应用范围，其在理论的新意和使用前景方面不容置疑。由于矢量控制需要进行实时控制且控制系统运算速度极快，当时理论并不完全成熟，电力电子技术发展不足以支持等原因，到70年代中期为止，它只在一些电动力检测设备上做传动用。
随着各国学者对矢量控制技术研究的逐渐深入，再加上电子计算机技术、大规模集成电路技术以及电力电子技术的发展，在80年代交流电机矢量控制技术开始逐步迈入实用阶段。矢量控制在大中容量交流传动中初次实际应用开始于1979年，用于驱动造纸机。1980年矢量控制在轧钢机主传动上用于异步电机和同步电机驱动，产品化过程中最大的难题还是控制电路的研制。
进入90年代，数字信号处理器的应用，为矢量控制技术的实用化开拓了新局面。目前，矢量控制的研究方向主要有：无速度传感器矢量控制技术的研究；电机参数的识别和跟踪；大功率矢量控制系统的研究。
1.1.2 数字控制技术的发展提供了技术手段和保证
早期的控制器多由模拟电路组成，单片机及数字信号处理器的迅速发展和广泛应用，促使交流调速系统的控制回路由模拟控制转向数字控制。
在数字信号处理器（DSP）大量应用于控制领域之前，数字化控制系统的核心由微处理器（MCU，即单片机）主导着。单片机由于成本低廉、软硬件资源丰富、易开发，在工业控制领域获得了广泛应用，目前在不涉及复杂计算的各种工业控制场合，单片机仍然占据主要位置。随着控制理论的发展涌现出许多复杂的算法，如矢量控制策略和直接转矩控制策略等，现代控制理论提出的人工神经网络等算法更为复杂。而现代电力电子与电机控制系统是一个实时系统，为了保证高性能，往往需要将控制周期缩短到几百微秒甚至几十微秒之内，单片机的运算速度无法满足要求。运算速度快、能力强的DSP便随之产生。在众多的DSP芯片中，最成功的为美国德州仪器公司的TMS320系列产品。TI公司的DSP市场份额占了50%左右，其中面向电机控制的TMS320F240系列具有适用电机控制特点，在电机数字控制领域发挥了巨大的作用，被称为“电机数字控制中的首选芯片”。
1.1.3 功率环节PWM技术的发展进一步提高性能
PWM控制技术是利用功率开关器件的通断把直流电压变换成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压变频的目的。PWM技术是电机驱动控制的核心技术之一。
PWM控制技术分为四种：等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM）、电压空间矢量PWM法（SVPWM）和电流跟踪PWM法。本设计采用的SVPWM法是从电动机的角度出发，着眼于如何使电动机获得理想的圆形旋转磁场。它以三相对称正弦电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器的不同开关模式所产生的实际磁链矢量来跟踪基准磁链圆，跟踪的结果决定逆变器的开关模式，形成PWM波。该控制方法把逆变器和电机作为一个整体处理，建立逆变器开关模式与电压空间矢量间内在联系，使控制系统结构得以简单化。
1.2 研究背景及研究意义
随着世界经济的不断发展，科学技术的不断提高，环保和能源问题日趋成为人们关注的问题。就目前而言，电能是全世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题必须从电能着手，其中最具代表性的就是电机的控制，而这些电机传动系统中90%左右的都是交流异步电动机。在我国，电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%，并且使用中的电机绝大部分还是中小型异步电机，加之设备的陈旧及管理、控制技术跟不上，所浪费的电能很多。由此可见，在我国乃至世界范围内异步电机的变频调速系统将有巨大的市场潜能。