专业组先进控制空间矢量电机变频器

，我们设计的异步电频调速器以TMS320F28035为控制通过输出三相 波控制智能功率模块IPM驱动三相异步电机。我们使用空间矢量SV 算法，并对其进行了优化。采用检测反电势的方法省去了昂贵的光电编 了成本同时开创性的研发了自动根据运行环境调节的自适应变频算法使我们的变频调速器可以在电网条件恶劣的乡村山区工作，由此该变频器已被一家民用水泵生产企业预订。，TMS320f28035IPMInourdesign,theasynchronousmachineinverterbasedonthechipofTMS320F28035drivesthethree-Phaseasynchronousmachinebysendingthree-phasewavestotheIPM,whichisshortfortheInligent-Power-Module.TheSV(spacevectorpulsewidthmodulation)strategyisappliedtoourcontrolalgorithmandweoptimizeitmainlyintwoaspects.FirstlytheinverterdetectsthespeedbymeasuringtheBackEMFinsteadofinstallinganexpensivephotoelectricencoderforcostsreduction.Secondly,bymeansofournoveladaptivefrequencyconversioncontrolstrategy,theinvertcanbeusedinareaswithpoorpowersupplyconditionsuchasvillageandmountainareas.Nowthisdesignisbookedbyawaterpumpmanufacturing：InverterTMS320f28035IPM1.1KW220V110Hz。150%30方式V/F。，品配置方式配置方式使用功能强大的上位机调试控制软件，产品配置方式使用数码管和键盘进行傻瓜式的人机交互。本文中依照实验。，F2803512、处理TMS320F28035，即主控制器4RS-232串口将配置参数和运行方式发送给DSP，DSP产生SV开关信号，控制智能功率模块IPM。IPM将整流得到的直流电压逆变为三相空间矢量电压，加载在三相异步电机上，控制电机转动。同时，DSPADC模块将时刻监测直流电压和GPIO输

M运行方M

（1系统整体方案SV空间矢量算SV的基本原理是空间伏秒平衡原理由于异步电机的三个开关量只能8Uu、Uv、Uwa、b、c1有Uout

2

图 图Uwej4/3

Ud

1

Uv

1

3

2

Uref*TUx*TxUy*TyU0Ux、UyU0U0U000U111SV，如下面左图图 图U1

t1Uavsin(60 式中Uav为期望的电压矢量U1U2为两个相邻的空间电压矢量,U1

333t1 Udsin(60°- ，t2

sin(θ)3、4、5、6扇区。经过电压合成推导，我们得到这六个扇区的时间占空比：1t1003cos()T2

2

32

3sin()T2

t0103cos()T2

2

t0113cos()T2

24t0113cos()T2

3sin()T2

t001

35t0013cos()T2

3sin()T2

t1013cos()T2

2

t1003cos()T2

2TTa*UavUd，Ta为计数周期，Uav为期望的空间矢量电压长度，Ud为直流电压。而由这六个扇区的占空比我们就可以得到六路波的具体占空t2a、b、c三相的具体占空比为Ta=t0+t1+Tb=t0+t1Tc=t0变差而且有些方法过于复杂，给具体方案的实现带来了很大的。我们寻找到模型，通过计算出磁链，由磁链矢量关系可知，同步旋转速度ωs为：滑差频率的计算在不同的参考坐标系下有不同的表达形式在转子磁场频算法。在这个算法中，输入量是当前发出的SV频率，三相电压电流值，交流异步电机定子感应电动势：UIrEE4.44fnkKf，我们保证磁通恒定，等速增加SV 频率，同时等比增加调制度。当SV 频器将停止增加SV 我们设计的异步电频调速系统主要由TMS320F28035控制智能模块，整流桥，稳压电容，光耦，电机组成IPM（6硬件电路结构图DSP本电机调速系统采用TMS320F28035作为控制，该支持浮点 TMS320f28035具有浮点运算单元，在需要浮点数运算的时候可以DSP必须采用很多技巧来回避浮点运算，但仍然力不从心，而且容易出错。具有浮点功能的这款可以轻松地实现各种复杂算法，提高整TMS320F28035具有7个E 配置生成S 波或者SV AD，简化了电路，减少了成本，增加了系统的稳定性。TMS320F28035SCI模块。我们使用它与上位机进行通讯。这是我们的控制方式。在这种控制方式下，可以直观的使用鼠标启停电机，20AIPM。10KHz，因此应该选择最10KHzIPM。2微秒。2光耦选 信号可直接有DSP提供，但是为了稳定起见，我们采用了光耦将IPM和DSP。常用的低成本光耦有TLP-521和6N137。由于使用光耦的是 片。由此我们选择了6N137。它的上升时间和下降时间如下15nsTLP-52115SCISCIGPIO输入GPIO（7上位机控制和矩阵键盘+数码管控制本异步电频调速器采用了两种控制方式一种是配置模式即28035SCI通讯。最小系统板的SCI信号SCIRXDA和SCITXDA经MAX232处理后通过串口线与电脑USB转串口模块。此外PL2303SCIUSB信号，USB与单片机连接，大大方便了使用。驱动板主要由IPM智能模块，整流桥，稳压电容，光耦组成，单（8驱动板连接排线） 波信号线RELAY0为继电器控制信号。LED1~LED3为信号灯。FAULT074HC143.3V信IDC0UDC0分别为直流母线电流信号和直流母线电压信号，都经过驱动板上的运放放大。、、UVW为电压比较器处理的反电势信号为数字量，、、SCIPM短路保护输入，IDC2时直流母线电流经运放放大的信号，IPMSCIDC2短6N1376N137GPIO驱 继电2*470UF容门（96n137光耦内部有发光二极管和感光元件构成。当发光二极管5V。由于驱动7.5mAGPIO4mA，因此需要一个驱动芯片。74LVC07集成了6个集电极开路的三态缓冲器。当输出低电平时74LVC076n137实现了将单片机和功率模块的功能。220V交流电源经桥式整流3504整流后为300V脉动的直流。使用450V470uF的电容进行稳压，输出直流母线。为了在上电瞬间保12V，75mA的驱动信号，IRF7805mosfet对单片机信号进行放大。（10LMV324运放TMS320f280353.3V的单片机，GPIO0~3.3V的信号。于LMV3243.3V的电源电压，这样运放的输出电压为0~3.0V，对单片机是安全的。运放使用了标准的电压放大器接Ds15DS16两个肖基特二极管对输入信号限幅。同0.01uFC87。设计。上位机的软件使用C++编写，采用开源QtByNokiav4.7.3库，拥有USB232串口连接，具有双向通讯功能。下位机程序设计包括具有热启动热配置功能的系统主框架设计通过对由SCI发来的数据包从而可重复初始Qt程序规范，由于代码量较大，而且只起到辅助winXP、winVista、win7系统下运行，需要在运行前装vs最小运行库。始化、GPIO初始化、SCICPUTimer0SCI配置过程中的初始化，包括ADC初始化和E初始化；除此以外PIE中断向量SCI配置时都要进行。算法模块分为四个主要算法，包括SV演算、智能变频、智能调压、 SCI（11DSP程序模块关系总览SCI但此时E和C模块都是闭锁状态电动机并不会运行如果dsp已USB232ExMainWindw.exe（9600E81SI此时E初始化ADC根据指令决定是否初始化系统进入等待运行的状态。如果这时点击“开机”，E的TBLK将开启，电机启动。而是会一直增加SV的频率，直到达到电动机的安全稳定极限工作频率。10，程序终止。0.5s1Hz的速度接近设定频率。即SV频率是缓慢变化的，不会出现频率跳动剧烈而电机失速滑差率 循环中做，为其定时的CPUTimer0中断只负责置位算法程序的进入标志，而在算法执行过一遍后该标志被清除。由于DSP是单线程运行的，这样做使得复杂的非实时算法不会影响E 的比较值的演算。4、运用软件标志位，解决“DSP无法在PIE中断程序中使能或其他中IER”的问题。5ADC采样反馈来构成闭环运行，也可以完全开环运行，适应启动式 全部 始化 环境智能调频调（12主框架流程图 SV算法流程如下图A+2B+4C判断扇区。2IQmath库进行运算，将变量定义为_IQ28math.h3ADCCLA运算加速单EE1场将其赋值给（图13E中断流程SCISCISCI参数配置模式只有在电机真正停转的时候才会有效，表现为只有在全局参数trueStop=true时，模块才会接受参数配置包。在该中断函数中，如果特点：1、该模块具有较强的纠错逻辑，会对接收到令进行逐一验证，能够检测出SCI因各种扰动发生的误码并且能够错误操作即如果在尚未2、SCI#defineROLL_TOWARDS #define 131~2位误码，也不会导致下位机程序作出错误的动作，此包指令将会被丢弃。配置三相6路E是否配置 初始化（14SCI热配置流程图地区水位很低，电动机的转速将决定井泵的实际扬程；但越偏远的地区，他1Hz频率，将会面对三个分率

（15智能变频流程3、软件中有三个波形窗口，分别是电压波形、电流波形、频率—转速（16上位机界面1、并非单纯为竞赛所设计，所以提供两种变频器配置方式：配置方式和产品配置方式配置方式使用功能全面的上位机软件进行人3SCI中断程序中对其他外DSP。56ADC采样接口的功率板上也可以完全开7IQmathCLA运算加速单元，提高算法运行速度，从而提高11、本特点也是TI的此款一大亮点，F28035一块仅需3，超变频器是向需要进行调速的三相交流异步电动机提供频率与电压均可变2.1测试，还未做负载测试和极限参数测试。50V0~200Hz，全采用SV输出，恒转矩控制到恒功率控制无缝衔接。50V，150V，220V三种电压规格做空载测试，开关频率2KHz，死区时间2.5us。测试数据