1設(shè)計要接轉(zhuǎn)矩控制等.本論文中所討論的是異步電機矢量控制調(diào)速法，相對于恒壓頻比控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，它有優(yōu)秀的動態(tài)性能和低速性能,還有其調(diào)速范圍寬的優(yōu)在給出異步電動機的矢量控制原理的同時，一并給出了矢量變換實現(xiàn)的步場定向原理之后,又介紹了轉(zhuǎn)子磁鏈計算方法并設(shè)計了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器。詳細分析了轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器的工作原理，并根據(jù)各個調(diào)節(jié)器的原路。2設(shè)計任務(wù)要求異步電機矢量控制系統(tǒng)設(shè)計是基于三相異步電機的交流調(diào)速技術(shù)的研究[1][2]任務(wù)有：(1)研究矢量控制系統(tǒng)的原理[4]。(2)研究矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法.(3)分析矢量控制系統(tǒng)特點及軟硬件接口.(4)設(shè)計矢量控制系統(tǒng)硬件電路(5)設(shè)計矢量控制系統(tǒng)的軟件流程。(6)對矢量控制的數(shù)學模型進矢量控制理論是由美國和德國的科學家在二十世紀七十年分別提出的理論控有效信號[9]。此技術(shù)是建立在直流調(diào)速系統(tǒng)深入研究基礎(chǔ)上的仿直流調(diào)速系系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性和易操作性。異步電機矢量控制系統(tǒng)的基本思想是通過對變頻器參數(shù)的控換，將定子上的三相對稱電流iA、iB、iC通過坐標變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系d-qiM產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩分量ir，然后以控制電流電機的總而言之,矢量控制技術(shù)的發(fā)展及完善極大地提高了工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)水平，并減少了對環(huán)境的破壞，降低了對能源的損耗。3設(shè)計間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)[13]，使得系統(tǒng)的控制效果突出于傳統(tǒng)的控制方法.(1)介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和控制方法的完善以及本系統(tǒng)研究的應(yīng)用(2)對電機的矢量控制的基本原理做了比較詳細的介紹，另外就矢量控制統(tǒng)的發(fā)展和控制思想進行了比較細致的論述.(3)對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計進行詳細解釋.設(shè)計采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯路.(4)詳細論述了本設(shè)計的采用的矢量控制系統(tǒng)軟件，對應(yīng)硬件電路以及控系統(tǒng)設(shè)計的正確性及可行性。(6)對整個矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點進行了分析和總結(jié)，并對以后的研4設(shè)計電機調(diào)速的基本理論1)忽略空間內(nèi)的諧波，設(shè)三相繞組為對稱繞組，在空間中互相相差電3角度,所產(chǎn)生磁動勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布;2)忽略磁路的飽和影響,假設(shè)各繞組互感以及自感都是恒定的；3)忽略鐵心中的損耗；4)不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻阻值和耗散功率的影響。無論異步電機轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型的，都可以等效成三相繞線轉(zhuǎn)子,并折ABC為參考坐標軸,轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度9為空間角位移變量。規(guī)定各繞設(shè)計5設(shè)計2。1。1異步電機三相動態(tài)數(shù)學模型的數(shù)學表達式異步電機動態(tài)數(shù)學模型由電壓方程、磁鏈方程、運動方程和轉(zhuǎn)矩方程組成,其中磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程是代數(shù)方程，電壓方程和運動方程是微分方程。異步電機每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和其他繞組對它的互感磁鏈之和，因此，六個繞組可用下式表示。 LLABLBBLaBbBLLACLBCLaCLbCCLLAaLBaLaaaLLAbLBbLabbL]「i] 6設(shè)計式中i，i，i,i，i，ABCabψ=Lic vvvvvv,,,,,ABcCABcL、LL、L、LBBBBCC、L、L是各相繞組的自感,其余各項都是相應(yīng)兩aabbcc相繞組間的互感。定子各相的漏磁通所對應(yīng)電感就是定子漏感L，各相轉(zhuǎn)子的lrmr子和轉(zhuǎn)子的繞組匝數(shù)相等，故L=L.上述各量都已折算到定子側(cè)，為了簡單msmr定子各相的自感為L=L=L=L+LAABBCCmsls L=L=L=L+Laabbccmsls 3假設(shè)氣隙磁通是正弦分布的，那么互感的值就應(yīng)該是ms(3)ms32msL=Lcosms(3)ms32ms7「v]「v]i[i(2-4)L=L=L=L=L=L=-1(2-4)ABBCCABACBAC2msL=L=L=L=L=L=-1Labbccabacbac2ms關(guān)于第二種情況,也就是定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感由于繞組的相對位置變化而變化時(見圖2-1)，可分別表示為L=L=L=L=L=L=Lcos9L=L=L=L=LL=L=L=L=L=L=LAbbABccBCaaCms(3)AccABaaBCbbCms(3)L=L=L=L=L=LAccABaaBCbbCms(3)將式(2—4)、式(2-5)代入式(2—1)，即得到完整的磁鏈方程,用矩陣表ara「L「LvAvAaiBibv]TBvc1L]1L]2ms(2-7)L+(2-7)msls-1L2ms8abdd設(shè)計abdd-1L2msL+Lmslr-1L2L1L] L(3)(3)(2")] (3(2")] (3)coscos rssr2.1.2電壓方程定子的三相繞組的電壓平衡方程式為dvuiRA=AsdAuiRB=BsdBdvtuiRC=CsdCt相對應(yīng)，轉(zhuǎn)子的三相繞組折算到定子一側(cè)之后電壓方程式為u=iR+aarbbrccrdvdvtdvtdct ABCabcsr電壓方程寫成矩陣形式9「u]」「i]「R「u]」「i]「R000000000000ss000「v] du=Ri+dψt (2—13)如果把磁鏈方程式代入到電壓方程式，那么得展開之后的電壓方程式為u=Ri+(Li)=Ri+Li+i=Ri+L+Loitt(2-14)t9dLoi——由于定子和轉(zhuǎn)子的相對位置變化而產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速o之間成正比t2。1。3轉(zhuǎn)矩方程根據(jù)電機能量轉(zhuǎn)換的原理,電感為線性電感時，磁場儲能W以及磁共能mW'為mm22Wm=W'=1iTψ=1m22 m計，約束為一個常值)，而且機械角位移為9=9，于是mnp設(shè)計(2-16)(2-16)Te=?9m=np?9m將式(2-14)代入式(2—15)，由于考慮到了電感分塊矩陣的關(guān)系式，得「?L]Te=npiTi=npiT?|i(2-17)又考慮到iT=TiT]=[iiiiii],代入式(2—17)得srABCabcTenpirsisisrir(2-18)將式(2—9)代入式(2-18)并展開后，得AcBaCb根據(jù)對運動控制系統(tǒng)的理論研究，運動方程式為(2-20) Jdo=T-(2-20)ndteLpT——負載轉(zhuǎn)矩(包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩)。TLd9=o(2—21)t定條件下得出的,對定、轉(zhuǎn)子電壓和電流未作任何假定，因此，該動態(tài)模型完全可以用來分析含有電壓、電流諧波的三相異步電機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)過程.設(shè)計設(shè)計2。2.1坐標變換的基本思路ABC1圖2—3中繪出的兩相繞組a、,通以平衡兩相交流電，電流為i和i，也a設(shè)計設(shè)計d、q，分別通直流電流i和i,使其產(chǎn)生的合成磁動勢F的位置相對于繞組的位dq置來說是固定不變的.如果人為地使鐵心(包含繞組)以同步轉(zhuǎn)速去旋轉(zhuǎn)，則磁組就可以視為和前面兩套固定的交流繞組都是等效的。圖2-4靜止兩相正交坐標系和旋轉(zhuǎn)正交坐標系的物理模型設(shè)計設(shè)計3-2」3-2」坐標系和三相坐標系的磁動勢矢量Ni=Ni-Nicos"-Nicos"=N(i-1i-1i)2a3A3B33C33A2B2cNi=Nisin"-Nisin"=3N(i-i)2B3B33C323BC得L1-23321]-1]-2 NN設(shè)計NN2232代入式(2—22)，得「i]「i]L1–23321]–1]–23–2」3–2」(2—24)令C表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則3/2|L1–2321]––23–2」 利用i+i+i=0的約束條件，將(2—24)擴展為ABC「i]」=「i]」=1–2321221–2–23–21 陣2等于矩陣的轉(zhuǎn)置。由式(2-26)求得逆變換「i]1–23321221–2–2「i]iAB–21 再出去第三列,即得兩相正交坐標系變換到三相正交坐標系(3/2變換)的變設(shè)計C=223|1-21L-2]|3-23 考慮到i+i+i=0，代入式(1—23)并整理后得ABC「3「3]](2-29) (2—30)的公式.2。2.3靜止兩相—旋轉(zhuǎn)正交變換(2r/2s變換)將靜止兩相的正交坐標系ab到旋轉(zhuǎn)正交坐標系dq之間的變換,稱為靜止兩前提還是產(chǎn)生的磁動勢等價.為N.磁動勢矢量是位于相關(guān)坐標軸上的。兩相交流電流i、i以及兩個直流2ab設(shè)計設(shè)計iidiq會以角速度O旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生等效的的合成磁動勢F.1圖2—6旋轉(zhuǎn)正交坐標系以及兩相靜止正交坐標系中的磁動勢矢量由圖2—6可見，i、i和i、i之間存在的關(guān)系。abdqi=icosQ+isinQdabi=-isinQ+icosQqab 因此兩相靜止正交坐標系到旋轉(zhuǎn)兩相正交坐標系的變換矩陣為 變換矩陣為即 設(shè)計設(shè)計(2—35)(2—35)電壓及磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換矩陣和電流旋轉(zhuǎn)變換矩陣相同。過反變換得到三相坐標系里的對應(yīng)量,用以實現(xiàn)控制。因為變換的矢量，所以這種變換稱為矢量變換，其相應(yīng)控制系統(tǒng)稱為矢量控制系統(tǒng).ABC相正交坐標系上的交流電流i和i,再進行與轉(zhuǎn)子磁鏈同步的旋轉(zhuǎn)變換，就可以sasb等效為旋轉(zhuǎn)同步正交坐標系中的直流電流i和i。這樣用i和i作為輸入的smstsmst電動機模型就是直流電機等效模型。如圖2-7機矢量變換及等效的直流電機模型如果采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向則僅實現(xiàn)了電子電流兩個分量的解耦,而電流微分方設(shè)計設(shè)計本文采用的方法為：將檢測到的三相電流(實際只需兩相電流)實施3/2變換，再施以旋轉(zhuǎn)變換得到mt坐標系下的電流i和i；使用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器輸出為給定定子電壓u*和u*,經(jīng)反旋轉(zhuǎn)變換，得兩相smstsas三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3.1轉(zhuǎn)子磁鏈計算按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)控制的關(guān)鍵是的準確定向，即需要獲得r轉(zhuǎn)子磁鏈矢量的空間位置.此外，在構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈的反饋及轉(zhuǎn)矩控制的時候，轉(zhuǎn)vv子磁鏈的幅值也是不可缺少的信息。對轉(zhuǎn)子磁鏈進行直接檢測比較困難,現(xiàn)實中大多采用按模型計算的方法解決。在計算模型中，由于主要測量的信號的不同，坐標系上的電流i和i,然后利用ab坐標系內(nèi)的數(shù)學模型計算轉(zhuǎn)子磁鏈在兩坐sasbvra=(Lmisa-oTrvrb)ar利用直角坐標到極坐標的變換,得出轉(zhuǎn)子磁鏈矢量幅值和空間位置，由于矢v=v2+v2vrrvvvrvvr 電壓模型的計算是根據(jù)電壓方程內(nèi)感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系,取電達式為而成。其工作方式為:低速運行，系統(tǒng)采用電低流模型來計算轉(zhuǎn)子磁鏈；高速運設(shè)計學本科生畢業(yè)設(shè)計異步電機矢量控制系統(tǒng)設(shè)計學本科生畢業(yè)設(shè)計異步電機矢量控制系統(tǒng)設(shè)計在系統(tǒng)的設(shè)計中,為減少強電系統(tǒng)引起的強磁和噪音對系統(tǒng)的影響,系統(tǒng)的硬件功能劃分為弱電和強電兩部分.中間通過光電耦合及不同的接口單元對不同的控制策略和功率容量進行了分劃和組合。系統(tǒng)的硬件部分模塊化。流經(jīng)過不可控整流電路整流得到直流電,然后述強電和弱電部分儀器構(gòu)成異步電機矢量控制系統(tǒng).設(shè)計規(guī)定動作.為控制電機而提供的單片解決方案必須的外圍設(shè)備。該芯片的特點JTAG有利于工程人員使用的外設(shè).(4)芯片有56個可獨立編程的輸入輸出引腳(GPIO)，完全滿足系統(tǒng)對電機調(diào)速控制的要求.(5)擁有豐富的接口，及較大的自身存儲空間，可以滿足大數(shù)據(jù)量的運算和存儲.設(shè)計(7)有兩個事件管理器(EVA和EVB),使功率變換器和電機提供了很大的便利.(8)芯片帶有PWM控制模塊。(9)內(nèi)嵌基于自動鎖相環(huán)技術(shù)的程序監(jiān)視器和時鐘發(fā)生器。(10)內(nèi)置了多個定時器，為軟件編譯提供了很大的便利。(11)多樣化的封裝模式和配置標準，滿足不同用戶的需求。電路、由大電容組成的濾波電路和整流二極管組成的整流電路。3。2.1智能功率模塊設(shè)計心的逆變電路.設(shè)計設(shè)計和先進亞微米電源芯片的設(shè)計技術(shù),極大地提升了其動、靜態(tài)性能。技術(shù)參數(shù)： 3。2。2整流濾波電路的設(shè)計整流電路的作用是將工頻交流電通過整流器件轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?由于系統(tǒng)采用電路后面加上濾波電路。如圖3—3所示.系統(tǒng)交流電機參數(shù):為有效地消除電流脈動，設(shè)計中采用多級濾波，考慮到價格和實際需求,系3.3控制電路設(shè)計系統(tǒng)運行時,先把檢測到的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換成0~20mA電流信號或選取整流二極管時應(yīng)該使電機在最大負載下正常工作,綜合考慮二極管耐壓設(shè)計學本科生畢業(yè)設(shè)計異步電機矢量控制系統(tǒng)設(shè)計時鐘信號乘以4倍頻后輸入到CPU.控制系統(tǒng)的復位電路使用微控制芯片碼器進行脈沖計數(shù)，通過M法測速公式計算出電機的瞬時轉(zhuǎn)速，信號送入系統(tǒng)部分直流母線的電壓.由于智能功率控制芯片內(nèi)置了保護電路，故檢測到的信號通過D/A轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)偏移處理后直接輸入到PMCSJ引腳和DSP保護外設(shè)中。好，抗干擾能力強，溫度漂移低。技術(shù)參數(shù)：額定有效輸入電流0~20A,工作溫設(shè)計設(shè)計3.4。2轉(zhuǎn)速檢測電路控制.通過光電旋轉(zhuǎn)編碼器和電機轉(zhuǎn)子的信息，經(jīng)過不同的測速原理計算電機的瞬時轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)中采用的是測頻法(M法),速度計算公式為n=15f/NM，其cc具體的連接方法是將光電旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B兩路正交信號輸出和控制芯片統(tǒng)采用三相完全對稱的異步