异步电机矢量控制系统DSP软件设计-图文

ＤＳＰ开发与应用中文核心期刊‘微计算机信息）（嵌入式与ＳＯＣ）２００８年第２４卷第５—２期文章编号：１００８－０５７０（２００８）０５—２—０ｌ“—０２异步电机矢量控制系统ＤＳＰ软件设计ＤＳＰＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＶｅｃｔｏｒ（武汉船舶职业技术学院）牛涛ＮＩＵＴａｏ摘要：本文运用矢量控制并结合空间电压矢量调制技术，开发了以ｒＩ＇Ｉ公司的电机控制专用ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７为核心的、低成本、调速性能好的变频调速系统，设计了控制系统的软件部分，给出了矢量控制系统软件流程和各子模块的具体实现。关键词：数字信号处理器；异步电机；矢量控制；变频调速系统中图分类号：ＴＭ３４３．２文献标识码：Ａ．Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｐａｃｅｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓｕｉｔｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｉｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｇｏｏｄｔｉｍｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ｏｆ１３．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗａｎｄｃｈｉｌｄｍｏｄｕｌｅｓｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＤＳＰａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｍｒ；ｖ钾ｍｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｔｉｍｉｎｇｓｙｓｔｅｍ１引言随着电力电子技术和微处理器的迅速发展，高性能的异步电动机调速系统得到了广泛的应用。矢量控制技术具有控制精度高、低频特性优良、转矩响应快的优点。成为高性能变频调速系统的首选方案，特别是数字信号处理器（ＤＳＰ）的广泛应用。使区矢量控制技术逐渐进入了实用化阶段。本文的目的是运用矢量图ｌ系统软件基本框图是控制并结合空间电压矢量调制技术。充分利用１ｒＩ公司的电机控制专用芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７的片内资源．开发一个低成本．３系统软件的具体实现３．１相电流检测模块调速性能好的矢量控制变频调速异步电机系统，本文仅对控制该模块的主要功能在于把采样得到的两路定子相电流模系统的软件设计部分进行了论述。拟信号转换成数字信号。具体的采样过程如图２所示：２系统软件总体设计阿一一厅订！丁函习—蛩氙≯卜＿ｏ矢量控制变频调速控制系统的软件设计是本系统设计的Ｌ—Ｌ一０图２采样及处理过程图Ｌ—一．５１２＼——／。２４，ｂ核心内容．系统运行性能的好坏在很大程度上取决于控制系统处理结果如图３所示。软件质量的高低。３．２速度采样模块本系统的软件主要分为两部分：一是上位机的监控显示程采用欧姆龙公司的旋转编码器（Ｅ６８２一ＣＷＺ６Ｃ）作为检测序：二是下位机的控制程序。上位机主要负责电机参数设定，包器件。与传动轴连接．每转动一周便发出一定数目的脉冲，ＤＳＰ括转速设定及显示等：下位机主要负责虎流采样、转速采样、矢通过对计数器计数可以实现对频率和周期的测量．从而间接得量变换、ＰＷＭ输出、故障输出等。到轴上的转速。在具体的软件实现过程中。就是通过旋转编码下位机的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初器送进来脉冲计数，得到当前电机的转速和电机转子的位置，始化．一个是控制运行模块。其中第一个模块只在系统上电时把起始位置设为０．并把两个ＰＷＭ周期之间的脉冲数保存在执行一次．而第二个模块在每次ＰＷＭ下溢事件发生之后都将计数器Ｔ３ＣＮＴ中。从等待循环中唤醒．当中断标志被设置后。相应的中断服务程５ｌｌ序ＩＳＲ就将执行，整个矢量控制算法都在中断子程序中完成，‘＿—刁其调用的频率与ＰＷＭ的输出频率一致。整个软件的系统框图／：一－一如图ｌ所示。ｉ／匕—．－５１２牛涛：讲师工学硕士基金项目：国防科学技术预研基金资助（编号不公开）图３电流转换结果一１６４—３６０元，年邮局订阅号：８２—９４６万方数据险的论文得到两院院士关注１３．３本页已使用福昕阅读器进行编辑。福昕软件（Ｃ）２００５－２００９，版权所有，仅供试用。ＤＳＰ开发与应用六边形的多边形旋转磁场。算法步骤为：１）判断当前电压矢量所在的扇区；２）计算开关电压矢量作用的时间：３）根据开关电压矢量作用的时间和成三相ＰＷＭ信号。ＰＩ调节模块由于外界干扰和电机参数等原因，常使ＰＩ调节器的输出超过系统输出能力，在设计系统时，采用了输出限幅的ＰＩ调节结构，如图４所不。在具体实现过程需要首先得到控制对象的传递函数．然后选择合适的ＰＩ调节器，将系统校正成典型环节，遵循典型系统工程设计方法得到系统参数。在得到３个ＰＩ调节器后。采用后４软件抗干扰设计变频调速系统的现场运行环境恶劣，干扰严重．对ＤＳＰ运行的可靠性和安全性有很高的要求。除了在硬件电路上需要安排一些必要的抗干扰措施外，还需要软件系统的密切配合。软件方面的干扰主要表现在以下几个方面：（１）不正确的算法产生错误的结果，容易产生误动作；（２）由于计算机的精度积累，导致下溢的出现，也是噪声的来源之一；（３）由于硬件方图４输出限幅的ＰＩ调解器结构图３．４矢量变换模块采样后的电流Ｌ、‘需要变换到ｆｌ、Ｌ，其变换如下：ｆ‘＝‘面的干扰引起计算机出现的诸如：程序计数器ＰＣ值变化、数据采集误差增大、控制状态失灵、ＲＡＭ数据受干扰发生变化以及系统出现“死锁”等现象。软件抗干扰的方法主要有：（１）采用软件的方法抑制叠加在模（１）（２）拟输入信号上的噪声影响，如数字滤波计数等新方法；（２）对由于干扰而使程序运行发生混乱．导致程序乱飞或陷入死循环的情况。可以采取软件冗余、软件陷阱和“看门狗”等方法。软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。但由于ＤＳＰ软件设计灵活．可以节省硬件资源．所以ＤＳＰ系统的软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。（３）卜警．变换后的‘、‰需要变换到ｏ、‘，。公式如下：儿；Ｉ－。叫屯）＋Ｇｘｓ岖屯ｌＩ‘＝ｊ＿ｘｓｍ（Ｏ．）＋Ｇｘｃｏｓ（％）变换后的参考电压‰、ｏ需要变换到ｏ、‰，才能给电压空间矢量法提供需要的输入。变换如下：ｊ‰。Ｙ－，ｖ。州屯＇一‰。‘峨’Ｉ‰－‰ｘ・州屯）＋ｏ一州屯）一变换过程中，ｍ（屯】Ｐ（屯Ｊ的值事先放在了ＥａＰＲＯＭ中，然后５结论本文运用矢量控制并结合空问电压矢量调制技术．开发了以，１１公司的电机控制专用ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０１２２４０７为核心的、低成本、调速性能好的变频调速系统。设计了控制系统的软件部分，给出了矢量控制系统软件流程和各子模块的具体实现。根据不同的蝶求值。３．５电流磁链转化模块本系统采用的是电流模型法．具体过程如下：在（ｄ，，）坐标系下。电动机的电流模型为：卜争－Ｉｓ＂‘ｉｉ”＋瓦Ｔ＿子时间常数。对上式进行离散化，则有：本文作者创新点：提出并设计了一种以１ｒＩ公司的电机控制专（４）用芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ为核心、空间电压矢量脉宽调制的矢量控制变频调速系统，该系统运行稳定、性能良好．抗干扰能力强。是一种具有新颖性、实用性的控制系统。参考文献其中，Ｏ为子磁链位置，ｏ为励磁电流，矗＝‘，焉为电机的转卜－，．卅扣卜拶卜＋１）叫一）＋丽Ｉ者％么磁通位置角也就可以得到了：（５）其中，Ｔ是采样周期，一旦转子磁通角速度计算得到了，那【ｌ】雷鹏，黄孝斌．异步电动机矢量控制系统的电压变换及其ＳＩＭＵＬＩＮＫ下的仿真叨．微计算机信息，２００３，３：２５－２６．【２】林立，黄声华．矢量控制高性能异步电机速度控制器设计【Ｊ】．微％（ｋ＋１）＝屯（七）＋魄Ｚ（ｋ）ｒ电流模型可以用如图５所示的模块进行描述。（６）电机．２００５．３８（６）：４５－－４９．［３】李明，朱美强，马勇．ＭＡｒ兀ＡＢ，ＳｌＭｕｕＮＫ通用异步电机模型的分析与应用叨．工矿自动化，２００５，２１（７）：【４】张玉霞，刘海燕．异步电机矢量控制系统仿真研究［Ｊ】．大连大学学报，２００５，２６（２）：４４－４７．【５】陈国金，姚寨荣，孙宏．交流电动机矢量控制的ＤＳＰ实现们．机图５电流模型框３．６电压空间矢量产生模块逆变器的一个工作周期被六个有效的电压空间矢量分为６个区，实现ＰＷＭ空间电压矢量控制的方法就是在每一个扇区再分为若干个对应于时间Ｔ（脉冲周期）的小区间，在这个小区间中插入若干个线性组合的电压空间矢量，就可以获得优于正电工程。２００４，２１（６）：２７—３０．作者简介：牛涛，男，１９７２．１２，讲师（４３００５０湖北武汉武汉船舶职业技术学院Ｊ牛涛（ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ，４３００５０，Ｃｈｉｎａ）ＮＩＵＴａｏ通讯地址：（４３００５０武汉船舶职业技术学院）牛涛ｆ收稿日期：２００８．０３．１３）ｔ修稿日期：２００８．４．２５）ｌｉｌ邮局订阅号：８２—９４６３６０Ｒ，Ｉ—１６５—万方数据异步电机矢量控制系统DSP软件设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次数：牛涛，NIUTao武汉,武汉船舶职业技术学院,湖北,430050微计算机信息CONTROL&AUTOMATION2008,24(143次参考文献(5条1.陈国金;姚寨荣;孙宏交流电动机矢量控制的DSP实现[期刊论文]-机电工程2004(062.张玉霞;刘海燕异步电机矢量控制系统仿真研究[期刊论文]-大连大学学报2005(023.李明;朱美强;马勇MATIAB/SIMULINK通用异步电机模型的分析与应用[期刊论文]-工矿自动化2005(074.林立;