三相異步電機雙閉環(huán)調速控制系統設計

其中，給定速度由鍵盤(pán)輸入接口電路輸入AT89S52單片機控制系統，速度PI調節、電流PI調節、磁場(chǎng)位置角和轉速反饋量的計算由TMS320 LF2407A計算實(shí)現。測得的電機轉速通過(guò)AT89S52控制系統輸出到液晶顯示單元上實(shí)時(shí)顯示。
假設電機定轉子三相繞組完全對稱(chēng)；定轉子表面光滑，無(wú)齒槽效應，定轉子每相氣隙磁動(dòng)勢在空間呈正弦分布；磁飽和、渦流及鐵心損耗均忽略不計，則三相交流異步電動(dòng)機的轉矩方程如下：

式中：Lr，Lm分別為轉子自感和互感；p是微分算子；isq是定子電流在q軸上的分量；ψrd是轉子磁鏈在d軸上的分量。
從式(1)可以看出，異步電機的轉矩與定子電流矢量和轉子磁場(chǎng)以及夾角有關(guān)。因此，要想控制轉矩，必須先檢測和控制磁通。當dq坐標系在同步旋轉磁場(chǎng)上且靜止坐標系中的各交流量轉化為旋轉坐標系中對應的直流量時(shí)，使d軸和轉子磁場(chǎng)方向重合，可得到磁場(chǎng)定向控制方程如下：

由式(2)可知，檢測到定子電流的d軸分量(勵磁分量)可觀(guān)測出轉子磁通幅值；由式(4)可知，當ψrd恒定時(shí)，只要控制定子電流的q軸分量(轉矩分量)，即可控制電磁轉矩。具體工作原理如下：
通過(guò)電流傳感器測量逆變器輸出的定子電流iA，iB，經(jīng)過(guò)DSP的A／D轉換器轉換成數字量，并利用ic=-(iA+iB)計算出ic。電流iA，iB，iC通過(guò)Clarke變換和Park變換得到了dq坐標系下的勵磁反饋電流isd和轉矩反饋電流isq，與給定的勵磁電流isdref和轉矩電流isqref的差通過(guò)PI調節后，再經(jīng)過(guò)Park逆變換輸出αβ坐標下的電壓，DSP利用該電壓生成三相逆變器所需的六路驅動(dòng)信號。實(shí)時(shí)測量的電機轉速信號一方面用于與給定速度比較產(chǎn)生isqref，另一方面進(jìn)入電流一位置磁鏈轉換模型求出磁鏈的位置，并用于Clarke和Park逆變換。
3．2 程序流程圖
AT89S52單片機控制系統上電后，首先通過(guò)鍵盤(pán)輸入接口輸入給定轉速，單片機將給定轉速存儲在雙口RAM中，同時(shí)，給定轉速通過(guò)單片機P0口輸出到液晶顯示單元的驅動(dòng)控制芯片SED1520，由SED1520驅動(dòng)OCMJ4X8B-2顯示轉速，轉速的顯示范圍為O～9 999 r／min，然后通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)確定是否要對相關(guān)變量采樣并存儲。該部分程序流程圖如圖4(a)所示。

其次給TMS320LF2407A DSP控制系統上電，運行初始化程序完成初始狀態(tài)的設定(包括對相關(guān)變量采樣數據存儲等)，DSP控制系統對電機轉速和電樞電流采樣，與給定值進(jìn)行比較，若達到設定轉速，則循環(huán)運行，當給定轉速改變時(shí)，進(jìn)入中斷處理子程序。主程序流程圖和中斷處理子程序流程圖分別如圖4(b)和圖4(c)所示。