异步电机双DSP矢量控制系统的研究 - 郑州变频器维修
摘 要 提出了*种基于双数�*藕糯砥鞯氖噶靠刂葡低呈迪址桨福樯�
了系统结构及软硬件设计方案。实验结果表明，该控制系统充分利用了双DSP各自特点，软硬件设计合理、实时性好，控制精度高，有较好的动态性能。
关键词 矢量控制 异步电机 数�*藕拧〈�
1 引言
交流电机矢量控制理论是德*学者K Hass和FBlaschke建立起来的，作为交流异步电机控制的*种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的*选方案。
交流电机的矢量控制技术是基于交流电机的动态模型，通过建立交流电机的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向*致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量，并分别对磁通和力矩进行控制，而使异步电机可以像他励直流电机*样控制。随着计算机技术飞速发展，功能强大的数�*藕糯砥鳎―SP）的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。
DSP按数据格式可分为定点DSP和浮点DSP两类。考虑到价格原因，早期的矢量控制器多采用定点DSP，而浮点数运算要经过软件处理，因此增加了软件的复杂性。随着浮点DSP性价比的提高，更多的矢量控制器将采用浮点DSP。而要完成电机的高性能控制，PWM调制必须进行优化设计。在这种情况下，*个DSP很难完成矢量控制器和优化的PWM调制两项工作，需要双机协同工作才能完成高性能的矢量控制系统。本文基于TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240设计了双微机结构的矢量控制系统。TMS320VC33主要完成矢量控制计算，发挥它浮点数运算快的特点，而TMS320F240用硬件实现PWM调制功能。本文给出*全数字化的双DSP矢量控制系统，并在1．5kW笼型异步电机上进行了实验，取得了良好效果。
2 矢量控制的原理
矢量控制技术通过坐标变换，将三相系统等效变换为M－T两相系统，将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量（即磁通分量和转矩分量），从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。
矢量控制系统采用双闭环控制系统，图1是其矢量控制系统框图［1］。
本系统*由测量所得的电机转速，通过矢量运算器产生磁场定向定子电流分量给定值500)this.style.width=500; border=0>和滑差角频度给定值500)this.style.width=500; border=0>。由500)this.style.width=500; border=0>和测量所得的电机转速经过积分运算可得转子磁通位置角θ，并送至旋转变换环节。由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iM和励磁电流分量iT，利用
500)this.style.width=500; border=0>
3 系统组成及设计
如图2所示为基于双DSP矢量控制的三相笼型异步电机驱动系统的系统电路结构图，该变频器采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统由三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统构成。
其*双DSP控制系统由VC33子系统，F240子系统和数据交换单元三部分构成。矢量控制以VC33芯片为核*，用来完成矢量控制核*算法，及两相电流*测。F240主要完成三相PWM波形生成，电机测速及过压保护功能。数据交换部分采用双端口RAM，可使两个DSP芯片迅速、方便地交换数据，增强了双DSP系统的并行处理能力。
4 系统软件设计
系统软件由两部分组成，VC33子系统矢量控制软件和F240子系统的SVPWM控制软件。
矢量控制包含大量的数学运算，整个算法由多个模块构成，如坐标变换、磁通计算、速度调节及转矩电流调节模块等。本系统*电流内环的控制时间为50μs，速度外环为400μs，如图3所示为VC33子系统的控制软件流程图。
F240子系统控制软件主要完成SVPWM波形生成和电机测速程序，为达到良好的控制效果，本系统采用电压空间矢量，也就是利用六个非零电压矢量和两个零矢量的组合起来，使电压矢量尽量逼近圆周运动。转速测量用该芯片的脉冲捕获单元［4］。如图4所示为F240的程序流程图。
5 实验结果
本文针对上述的控制方案进行了实验研究。电机为2对极三相笼型异步电机，直流侧电源是通过整流桥对三相交流电整流、滤波产生的。电机额定参数为：PN＝1．5k W；UN＝220V；IN＝3．55A；fN＝50Hz；nN＝1400r／min。图5是电机稳态运行时，逆变器的驱动波形，定子电流、电压的波形，实验结果表明了控制方案的优良性能。
6 结论
由上述结果可得出以下结论：
（1）本文所设计的双DSP结构矢量控制系统*各子系统分工明确，能可靠完成各自功能，且设计合理。
（2）实验表明，系统控制精度高、实时性好、动态响应快。
摘 要 提出了*种基于双数�*藕糯砥鞯氖噶靠刂葡低呈迪址桨福樯�
了系统结构及软硬件设计方案。实验结果表明，该控制系统充分利用了双DSP各自特点，软硬件设计合理、实时性好，控制精度高，有较好的动态性能。
关键词 矢量控制 异步电机 数�*藕拧〈�
1 引言
交流电机矢量控制理论是德*学者K Hass和FBlaschke建立起来的，作为交流异步电机控制的*种方式，矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的*选方案。
交流电机的矢量控制技术是基于交流电机的动态模型，通过建立交流电机的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向*致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量，并分别对磁通和力矩进行控制，而使异步电机可以像他励直流电机*样控制。随着计算机技术飞速发展，功能强大的数�*藕糯砥鳎―SP）的广泛应用使得矢量控制逐渐走向了实用化。
DSP按数据格式可分为定点DSP和浮点DSP两类。考虑到价格原因，早期的矢量控制器多采用定点DSP，而浮点数运算要经过软件处理，因此增加了软件的复杂性。随着浮点DSP性价比的提高，更多的矢量控制器将采用浮点DSP。而要完成电机的高性能控制，PWM调制必须进行优化设计。在这种情况下，*个DSP很难完成矢量控制器和优化的PWM调制两项工作，需要双机协同工作才能完成高性能的矢量控制系统。本文基于TI公司的浮点DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240设计了双微机结构的矢量控制系统。TMS320VC33主要完成矢量控制计算，发挥它浮点数运算快的特点，而TMS320F240用硬件实现PWM调制功能。本文给出*全数字化的双DSP矢量控制系统，并在1．5kW笼型异步电机上进行了实验，取得了良好效果。
2 矢量控制的原理
矢量控制技术通过坐标变换，将三相系统等效变换为M－T两相系统，将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量（即磁通分量和转矩分量），从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。
矢量控制系统采用双闭环控制系统，图1是其矢量控制系统框图［1］。
本系统*由测量所得的电机转速，通过矢量运算器产生磁场定向定子电流分量给定值500)this.style.width=500; border=0>和滑差角频度给定值500)this.style.width=500; border=0>。由500)this.style.width=500; border=0>和测量所得的电机转速经过积分运算可得转子磁通位置角θ，并送至旋转变换环节。由测得的电流经矢量变换得到转矩电流分量iM和励磁电流分量iT，利用
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3 系统组成及设计
如图2所示为基于双DSP矢量控制的三相笼型异步电机驱动系统的系统电路结构图，该变频器采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统由三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统构成。
其*双DSP控制系统由VC33子系统，F240子系统和数据交换单元三部分构成。矢量控制以VC33芯片为核*，用来完成矢量控制核*算法，及两相电流*测。F240主要完成三相PWM波形生成，电机测速及过压保护功能。数据交换部分采用双端口RAM，可使两个DSP芯片迅速、方便地交换数据，增强了双DSP系统的并行处理能力。
4 系统软件设计
系统软件由两部分组成，VC33子系统矢量控制软件和F240子系统的SVPWM控制软件。
矢量控制包含大量的数学运算，整个算法由多个模块构成，如坐标变换、磁通计算、速度调节及转矩电流调节模块等。本系统*电流内环的控制时间为50μs，速度外环为400μs，如图3所示为VC33子系统的控制软件流程图。
F240子系统控制软件主要完成SVPWM波形生成和电机测速程序，为达到良好的控制效果，本系统采用电压空间矢量，也就是利用六个非零电压矢量和两个零矢量的组合起来，使电压矢量尽量逼近圆周运动。转速测量用该芯片的脉冲捕获单元［4］。如图4所示为F240的程序流程图。
5 实验结果
本文针对上述的控制方案进行了实验研究。电机为2对极三相笼型异步电机，直流侧电源是通过整流桥对三相交流电整流、滤波产生的。电机额定参数为：PN＝1．5k W；UN＝220V；IN＝3．55A；fN＝50Hz；nN＝1400r／min。图5是电机稳态运行时，逆变器的驱动波形，定子电流、电压的波形，实验结果表明了控制方案的优良性能。
6 结论
由上述结果可得出以下结论：
（1）本文所设计的双DSP结构矢量控制系统*各子系统分工明确，能可靠完成各自功能，且设计合理。
（2）实验表明，系统控制精度高、实时性好、动态响应快。