基於DSP的矢量控制交流驅動系統設計及仿真論文
摘要:研究了一種高性能全數字交流感應電機矢量控制驅動系統。該系統以空間電壓矢量控制技術爲理論基礎,採用IGBT功率模組作爲開關元件,組成交_直_交電壓型逆變器,採用80C196KC單片bL+TMS320F240 DSP的雙CPU結構,DSP完成實時性要求高的矢量控制任務,16位單片機完成實時性要求比較低的管理任務,並給出了系統的硬件及軟件設計。實驗結果表明,系統易於實現,動態性能良好,軟硬件結構緊湊,具有很好的開放性。
關鍵詞:DSP;電壓空間矢量控制;變頻調速;80C196KC
PWM控制方式是交流變頻調速控制的基本方法,其中空間電壓矢量(SVf’WM)一被提出後就以其特有的優越性能,在電機調速方面得到廣泛應用,該種方法控制簡單,數字化實現方便,顯著減小逆變器輸出電流諧波成分及電機諧波損耗,降低脈動轉矩,提高電壓利用率。實驗結果表明,系統易於實現,動態性能良好,軟硬件結構緊湊,具有很好的開放性。
一、空間電壓矢量控制策略嘲
空間電壓矢量控制技術(SVPWM)是從電動機的角度出發,着眼於如何使電一理論和電機座標軸系變換理論基礎之上的,物理意義直觀,數學模型簡單,便於微機實時控制,電壓空間矢量法與傳統的SPWM法相比,不但可以減少轉矩脈動和鐵損耗,而且可以提高電源的利用率。
二、系統硬件構成
系統主電路採用功率開關IGBT構成電壓型逆變器,控制電路採用全數字化設計,由數字信號處理器DSP (TMS320F240)、16位單片機80C196KC、高速高精度A/D轉換芯片及雙口RAM(IDT7133)等作爲控制電路主體,還有高靈敏度的檢測電路和快速的保護電路等。
(一)主電路
主電路部分全部安裝在散熱器上,採用交.直.交電壓型逆變器形式,由不可控整流橋、濾波電容、逆變器及泵升抑制電路等組成。主電路輸入電壓爲380V,同時系統設計了軟啓動電路以減少強電對主迴路的衝擊:逆變器部分則實現直流電到變頻變壓(WVF)交流電的轉換,爲電動機的定子繞組提供要求的交流電流。在整個系統故障保護環節中,設定了主迴路過壓、欠壓、過熱、過載、制動異常、光電編碼器反饋斷線、通訊故障等保護,故障信號由軟硬件配合檢測,一旦出現保護信號,透過軟件或硬件邏輯立刻封鎖PWM驅動信號。系統採用磁平衡式霍爾電流傳感器採樣兩相電流,利用採樣的實時電流資訊實現矢量控制和系統的過流保護。
(二)雙CPU控制系統
雙CPU控制系統由DSP子系統,單片機子系統,雙口RAM等組成。爲了實觀系統的快速實時控制,系統在設計上採用了單片機+DSP雙CPU結構,DSP完成實時性要求高的矢量控制任務;FLASH結構的16位單片機80C196KC作爲主機完成實時性要求比較低的`管理任務,如控制參數設定、鍵盤處理、狀態顯示、串行通訊等,單片機和DSP之間的通訊採用靜態雙口RAM。
三、系統軟件
全數字交流感應電動機驅動系統的核心控制程序包含單片機和DSP實時兩部分控制程序。在PWM定時中斷程序中實現電流環採樣及控制、矢量控制、PWM信號生成,中斷控制週期設定爲100 us,系統控制器的PWM開關週期設定爲lOkHz,PWM死區時間爲4ps,PMM信號採用空間矢量調製模式;功率驅動保護中斷程序則檢測智能功率模組的故障輸出,當出現故障時,DSP的PWM通道將被封鎖,強制輸出變成高阻態:系統軟件由主程序和PMM定時中斷服務子程序構成。主程序在完成系統初始化之後進入循環,等待中斷的發生。檢測電流、轉速和發出6路PWM脈衝在DSP的定時器中斷服務子程序中完成。
四、實驗結果及結論
採用前面介紹的軟硬件設計,完成了變頻器的原理樣機,輸出頻率0~87Hz,並在實際用牽引電機上進行了空載實驗。牽引電機的基本數據如下:功率37KW,額定電壓200V,額定電流183A,額定頻率27 Hz。
該系統以空間電壓矢量控制技術爲理論基礎,採用IGBT功率模組作爲開關元件,組成交-直.交電壓型逆變器,系統在設計上採用單片tfl,+DSP雙CPU結構,滿足了交流牽引電機的調速控制要求。系統保護功能完善,具備常規的過載、過壓、短路、缺相、過流等保護,還可以LED顯示故障類型。實驗表明,系統易於實現,動態性能良好,軟硬件結構緊湊,方案合理,工作可靠,提高了工作效率。
參考文獻:
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