基于DSP的异步电机无速度传感器的矢量控制仿真（毕业设计论文）(3)

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现矢量控制，如用复杂的模拟电子电路来实现，其设计、制造和调试都很麻烦，有些计算功能根本无法实现。采用微处理器控制以后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，既降低成本，又提高了可靠性。由此可见，电力电子器件和微处理器的应用是现代交流调速系统发展的两项必备的物质基础，电力电子器件和微处理器的迅速发展是推动交流调速系统不断更新的动力。

50年代末，第1个普通晶闸管(SCR)在美国通用电气公司的实验室诞生，标志着现代电力电子技术的开端。近20年来，电力电子器件的发展非常迅猛，从只能触发导通不能控制关断的半控型器件(如晶闸管)，到可以控制导通和关断的全控型器件;从电流控制到电压控制(场控);从低频开关到高频开关;从单片元件到模块化、集成化;从小功率(< 10Kw)到大功率(> 1 Mw)，新一代的器件带来新一代的变流器，又推动了新一代电机控制系统的产生，成为现代电机控制技术发展的先锋【5】。

晶闸管是初期可控变流装置采用的主要器件，由于它只能触发导通不能控制关断，所以是半控器件，用于可控整流很适合，若用于可控的逆变器，就需要强迫换流电路，使装置复杂化。因此70年代以后，人们陆续研制出各种全控器件用于交流调速系统，常用的全控器件有P-MOSFET, BJT, GTO和IGBT等。其中BJT和GTO是电流控制型，而P-MOSFET和IGBT是电压控制型，即场控器件。

P-MOSFET的优点是驱动功率小、开关时间短、安全工作区宽，几乎没有二次击穿效应，可靠性较高;其缺点是导通压降大，只适用于高频小功率的应用场合。BJT的很多特征和P-MOSFET相反，其主要缺点是开关期间可能发生局部过热的二次击穿，使器件损坏，其开关频率低于5kHz，因此噪声较大。GTO主要用于数千kVA的大容量变流器，如电气机车、大型轧钢机、矿井卷扬机等，近年来，国产的GTO已经做到2500V, 2000A的水平，而三菱公司己推出6000V, 6000A的水冷GTO器件，但配置恰当的驱动电路和缓冲电路是GTO应用中的两大难点。80年代出现的IGBT融合了MOSFET和BJT的优点，开关频率高、MOS门极驱动、导通压降小、安全工作区宽，IGBT构成的变频器噪音低，因此在中小容量应用已经逐渐取代BJT。提高电压和降低通态压降是发展IGBT的主要矛盾，目前，新一代IGBT的电压己经提高到3.3?4.5kV，而导通压降为1.5?2.2V。在大功率电力电子器件中，正在研制场控化的GTO，即MCT，目前研制样品虽已达到1000V 、100A的水平，但还处于研究开发阶段。另一种方案则是提高IGBT的电压、电流等级，目前也取得了一些发展。

由于各种开关器件的工作原理不同，它们所能承受的开关功率和开关频率也不一样，一般来说，开关频率越高的器件，允许的开关功率就越小，MOSFET的允许功率最小而频率最高，IGBT和BJT次之，GTO再次之，SCR的功率最大而频率最低。随着超大规模集成电路制造技术的提高，电力电子技术领域的新趋势是发展功率集成电路(PIC )，将电力电子器件和驱动电路、保护电路、一部分检测电路、甚至和微机的接口电路等集成在一个芯片内，使整个器件的可靠性大为提高，而且设备体积小、功能多、成本低，用户省去设计驱动电路和保护电路的麻烦，使用起来大为方便。目前PIC只能达到低压小功率的水平，如智能功率模块(IPM ),作为PIC的过渡产品，在交流变频调速器中已大量使用。本文实验部分就是采用三菱公司的IPM (PMI5RSH120)，该模块耐压为1200V,额定工作电流为15A,开关频率为20kHz，可用于2.2KVA的三相变频功率输出。其内部集成了驱动和保护电路，使硬件电路设计和开发变得简单可靠。

在现代交流调速系统中，由模拟电子电路构成的模拟控制已不能适应复杂的控制策略和

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大量数据计算的需要，由微处理器为核心的数字控制已经成为交流调速控制器的主要形式。微处理器构成的数字控制优越性表现为:

1)控制器的硬件电路标准化程度高、成本低、可靠性高。

2)控制软件可以根据需要替换、修改或移植，灵活性大，稳定性好。

3)信息存储、诊断和检控的能力不断提高，随着CPU运算速度的存储容量的提高，能够实现各种新型的复杂控制策略。

早期用于电机控制的微处理器是各种类型的单片机，如Intel公司的51系列和1%系列单片机，都得到了广泛应用，特别是80C 196MC具有片内波形发生器(WFG)，可产生3对独立的PWM信号，适合于交流感应电机控制，在一般的变频器中很多采用这种单片机。这类单片机具有丰富的硬件和软件资源，也可以用于实时控制，但是当需要大量数据计算处理或浮点运算，对快速性要求较高时，则能力不足。为了进一步提高运算速度，特别是对矢量控制这种具有复杂的控制方案和数据计算的场合，80年代初出现了数字信号处理器(DSP )，目前最常用的则是德州仪器公司(TI)的TMS320系列DSP o

1982年，德州仪器公司推出了第1个TMS320系列产品TMS32010，该产品被“电子产品”杂志授予“年度产品”的荣誉，如今TMS320已发展到拥有定点、浮点及多处理器等各种型号的系列产品，是世界市场上占有量最大的DSP，已广泛用于数字信号处理、自动控制等领域。90年代TI公司又推出一种专门用于数字电机控制(DMC)的DSP产品:TMS320F/C24x系列。'24x属于16位定点DSP基于'C2000平台，以'C2xLP为运算内核，它将高性能的CPU和众多外设接口集成在一个芯片内。'24x的体系结构设计是基于一种改进的哈佛结构，程序存储空间、数据存储空间和输入/输出端口是并行分布设计的，其指令执行采用4级流水线操作，大多数指令都是单周期指令(50ns )。特别是CPU内部具有1个硬件乘法器，使得乘法运算也只需1个指令周期即可完成，大大提高了运算速度，可用于对快速性和实时性要求很高的控制。 ' 24x内部具有一个“事件管理器”，包括定时器、比较单元以及PWM产生电路，可以根据需要产生6路互补的、带死区控制的PWM信号。'24x还具有8路片内10位A/D转换，可以直接对电流或电压检测信号进行A/D转换，当然'24x还具有串行通讯、中断控制等功能，所有这些功能使得'24x特别适合于交流调速控制。本文实验部分就是采用F243作为控制器运算核心。

1.3 无速度传感器矢量控制的研究现状

以转子磁链定向的矢量控制系统已经广泛应用在高性能的工业应用场合，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。因此很多情况下，人们是利用同轴安装的速度传感器测速度。由于速度传感器的安装给系统带来了一些缺陷：

（1）增加了系统的成本，精度越高的码盘价格也越贵。

（2）码盘在电机轴上的安装，安装不当将影响测速精度，降低系统的可靠性。 （3）在高温、高湿、多尘的恶劣环境下无法工作，而且码盘工作精度易受环境条件的影响。

【7】

因此，无速度传感器技术【6】的研究显得更为迫切，成为研究的热点。近年乃研究较

多的是无速度传感器矢量控制技术，无速度传感器的矢量控制技术是在常规带速度传感器的矢量控制的基础上发展起来的，除电机转速信息的获取途径、方法不同之外，仍沿用磁场定

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向控制技术。因此，无速度传感器矢量控制技术 …… 此处隐藏：5129字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……