基于DSP的異步電機矢量控制系統設計

0 引言
隨著(zhù)現代控制理論、微處理技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，基于矢量控制的高性能交流傳動(dòng)系統得到廣泛的應用。異步電機是一個(gè)多變量、強耦合、非線(xiàn)性的時(shí)變參數系統，若以轉子磁通這一旋轉的空間矢量為參考坐標，再利用坐標變換，就可以把定子電流中的勵磁分量和轉矩分量獨立開(kāi)來(lái)分別進(jìn)行控制。這就是矢量控制的出發(fā)點(diǎn)。SVPWM調制技術(shù)把逆變器和電機看成一個(gè)整體來(lái)處理，所得模型簡(jiǎn)單，便于處理器實(shí)時(shí)控制，并具有轉矩脈動(dòng)小、噪聲低、電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)。本文以TI公司的專(zhuān)用電機控制芯片TMS320F2812為核心，給出了整個(gè)異步電機矢量控制系統的設計方案，并通過(guò)實(shí)驗驗證了其有效性。

1 異步電機矢量控制原理
矢量控制技術(shù)自從上世紀60、70年代開(kāi)始，國內外眾多專(zhuān)家學(xué)者就已經(jīng)進(jìn)行了潛心的研究，因此，矢量控制技術(shù)發(fā)展至今，內容已經(jīng)非常豐富。本文只討論基于轉子磁場(chǎng)定向的矢量控制原理。
1．1 異步電機控制的數學(xué)模型
鼠籠式異步電機在d，q兩相同步旋轉坐標系下的數學(xué)模型的電壓方程為：

其中：usd和usq分別為d，q旋轉坐標系下的定子電壓；isd和isq分別為d，q旋轉坐標系下的定子電流；ird和irq分別為d，q旋轉坐標系下的轉子電流；Rs和Ls分別為定子繞組的電阻與自感；Rr和Lr分別為定子繞組的電阻與自感；Lm為定轉子互感；P為微分算子；ω1為同步旋轉角頻率；ωs為轉差角頻率；
將轉子磁鏈矢量定在d軸方向上，可以推導出轉子磁鏈為：

其中：Tr為轉子時(shí)間常數。
由式(2)可見(jiàn)，調節定子電流的isd分量可以調節轉子磁鏈ψr，而當保持該定子電流磁通分量不變時(shí)，轉子磁通保持不變。其轉矩方程為：

其中：Te為電磁轉矩；np為電機的極對數；由式(3)可見(jiàn)，控制定子電流isq分量可以控制電機的電磁轉矩Te，通過(guò)該轉矩分量可以調節電機的轉速。該控制系統采用雙閉環(huán)結構，圖1所示是其控制系統結構原理圖。

該控制系統所檢測的兩相定子電流經(jīng)Clarke與Park變換后可產(chǎn)生轉矩電流分量和勵磁電流分量，然后結合檢測轉速并通過(guò)電流模型計算坐標變換所需的磁鏈角。檢測轉速與給定轉速誤差經(jīng)PI調節后將生成轉矩給定值。轉矩電流分量與勵磁電流分量的誤差經(jīng)PI調節可產(chǎn)生u小M。給定值，并在通過(guò)旋轉坐標變換后輸入SVPWM模塊以產(chǎn)生6路PWM波，從而控制逆變器。