基于DSP的无速度传感器直接转矩控制系统的设计

基于DSP的无速度传感器直接转矩控制系统的设计

论文编号:ZD459 论文字数:34395,页数:66，有开题报告，任务书，文献综述
摘要：随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术己成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。本文在全面深入总结国内外有关文献的基础上，围绕交流电机变频调速系统的全数字化和智能化进行了理论和应用的研究。
本文采用TI公司的TMS320F2407DSP为控制核心，进行了基于DSP无速度传感器直接转矩控制系统的设计。文中详细阐述了直接转矩控制的基本原理和实现方法。直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析异步电机的数学模型和控制其各物理量，直接在定子坐标系中计算和控制转矩和磁通，借助于离散的两点式调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行优化控制，以获得转矩的高动态性能。本文采用DSP设计了直接转矩控制系统，详细推导了速度估计方法，进行了无速度传感器的速度闭环控制。针对系统存在的磁链偏差和转矩脉动问题，采取了改进的磁链计算方法和速度低通滤波、转矩滑动滤波等措施，提高了系统的性能。
在TMS320F2407为核心的硬件基础上，采用汇编语言编制了系统控制软件，实现了无速度传感器直接转矩控制算法。
关键词：直接转矩控制；无速度传感器；数字信号处理器；速度估计

Study on None Speed Sensor Direct Torque Control
System Based On DSP
Abstract：Namely along with the rapid development of power electronics technology，computer technology and automatic control technology，the electric transmission technology is being faced with a history revolution，it has become development trend that AC transferring speed replaces direct current speed and computer digital control technology replaces the simulating control technology . Frequency conversion is generally acknowledged by the home and abroad that it has a great future with excellent speed ，extensive scope of application and other many merits. Based on an overall review of related papers published at home and abroad, this dissertation is devoted to the control strategies and implementation of the fully digital AC motor drive system, including the design of control system hardware and software and intelligent control.
In this thesis, none speed sensor DTC system is studied, which based on DSP of TI inc.-TMS320F2407. Fundamental principle and implementation method of DTC are introduced in detail in this paper. In DTC system, the concept of space vector is introduced to analyze and control the AC motor, the electromagnetic torque and flux are calculated and controlled in the stator reference frame, and the optimal PWM gating signals are generated to control the inverter according to the output of the Bang-Bang regulator In this paper the DTC system is designed based on DSP.A speed estimation method is derived detail and the no a speed close-loop control is conducted. In this system, there are some problems, such as flux drift and torque ripple. To resolve these problem, a modified flux calculation method and some measures such as speed LPF, torque slide filtering are adopted. The system performance is enhanced by these method.
The system control software is designed in assemble language based on the hardware fundament with using TMS320F2407 as core and no a speed sensor DTC algorithm is realized. The experimental results indicate that the design of this system is successful. The system has stable performance with fast response, so to some extent it is a practical useful system.　
Key Words：direct torque control； none- speed- sensor；digital signal processor；
speed estimate

目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章绪论 1
1.1引言 1
1.2异步电机调速系统的发展概况 1
1.2.1电力电子器件的发展 2
1.2.2微处理器的发展 2
1.2.3控制策略的发展 4
1.3本课题的主要研究工作 5
第2章异步电动机的数学模型 6
2.1异步电动机模型分析的数学基础 6
2.1.1坐标变换的原则和基本思想 6
2.1.2三相/二相变换 7
2.1.3二相/二相旋转变换 7
2.1.4三相静止坐标系/任意二相旋转坐标系的变换 7
2.2异步电动机的动态数学模型 8
2.2.1异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型 8
2.2.2异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型 9
2.2.3异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型 10
2.2.4异步电机的电磁转矩模型 11
2.2.5步电动机的磁链模型 11
第3章直接转矩控制的基本原理及方法 14
3.1直接转矩控制概述 14
3.1.1直接转矩控制技术的产生 14
3.1.2直接转矩控制的主要特点 14
3.2直接转矩控制（DSC）的基本思想 15
3.3直接转矩控制基本概念 16
3.3.1逆变器的数学模型和空间电压矢量 16
3.3.2磁通控制原理 18
3.3.3转矩控制原理 19
3.4直接转矩基本控制系统的构成 20
3.5改正的直接转矩近似圆形磁链控制系统的实现 21
3.5.1圆形磁链控制系统的构成 22
第4章无速度传感器控制技术的研究 29
4.1概述 29
4.2 MRAS速度辨识原理 30
4.3转差速度估计器 32
4.3.1转差速度直接计算法 32
4.3.2直接计算法存在的问题分析 33
4.3.3转子磁链计算方法的改进 34
第5章系统电路设计与实现 36
5.1系统的线路结构 36
5.2 DSP控制器 37
5.3系统主电路的设计 40
5.4系统逆变电路的设计 41
5.4.1驱动电源的设计 42
5.4.2驱动控制电路的设计 42
5.5系统保护电路的设计 43
5.5.1 IPM故障保护电路 43
5.5.2过流保护电路 44
5.6信号采样电路的设计 44
5.6.1电流采样电路 44
5.6.2电压采样电路 45
第6章系统的软件设计和实现 46
6.1系统控制软件总体结构 46
6.2定时器1中断服务模块 47
6.2.1 A/D转换 48
6.2.2定子磁链运行区间的判断 50
6.2.3控制矢量输出 51
6.2.4改进方法 52
6.3定时器2中断服务模块 53
6.3.1数字PI控制器 54
6.3.2数字PI调节器的具体实现 54
6.4故障中断服务模块 56
结束语 57
参考文献 59
致谢 60

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