摘 要

异步电机在各个领域都有广泛的应用。电机发展之初，因直流电机调速的便利性，其一直是工业生产的主流选择。然而随着微处理的出现和发展，以及更加先进的交流电机控制策略的出现，交流调速变得越来越方便，与此同时，交流电机在许多场合也渐渐取代了直流电机的位置。

矢量控制技术，便是这样一种先进的调速控制策略，它通过将定子电流矢量分解成为励磁分量和转矩分量，再分别控制这两个量即可用类似控制直流电机的方式来控制异步电机。

本文研究了基于矢量控制策略的异步交流电机控制系统，控制芯片选择TMS320LF2407DSP，主要工作有：

（1）粗略了解异步电机的数学模型，弄清矢量控制的原理；阐述SVPWM的形成，并研究如何用DSP实现；

（2）根据选择的芯片以及控制策略，完成系统的流程图。

（3）绘制出系统的硬件电路。

关键词:矢量控制；电压空间矢量调制；仿真；硬件设计

ABSTRACT

Induction motors are widely used in various fields. At the beginning of the motor development, because of the convenience of DC motor speed regulation, it has been the mainstream of industrial production. However, with the emergence and development of micro processing, and the emergence of more advanced control strategy for AC motor, AC speed regulation becomes more and more convenient. At the same time, AC motor on many occasions also gradually replaced the DC motor position. This topic applies the principle of vector control, using TI motor control chip TMS320LF2407DSP, developed a vector control based on the variable frequency speed control system.

Vector control technology is such a kind of advanced control strategies by the stator current vector is decomposed into excitation and torque components, and then respectively control the two volume that is similar to those used to control DC motor way to control the asynchronous motor.

In this paper, the control system of asynchronous AC motor based on vector control strategy is studied. The control chip selects TMS320LF2407DSP:

Key Words: Field Oriented Control；Vector Pulse Width modulation；Simulation； hardware design

目录

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2现代技术简介 1

1.2.1电力电子技术 1

1.2.2PWM技术 1

1.2.3微处理器与数字控制技术 2

1.3变频调速系统的方案 2

1.4研究背景及工作 3

第2章 三相异步电机矢量控制 3

2.1矢量控制的基本原理 5

2.2 交流异步电机的特性 5

2.3 异步电机物理模型 5

2.3.1在三相静止坐标下的物理模型 6

2. 3. 2在两相静止坐标系下的模型 8

2. 3. 3在两相旋转坐标系下的模型 9

2.3. 4基于转子磁场定向的变量解耦 10

2.4电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM ) 10

2.4.1 SVPWM的原理与实现 10

2.4.2 SVPWM的原理 10

第3章 硬件总体设计 13

3.1 总体框图 13

3.2芯片介绍 13

3.3 硬件设计 13

3.3.1 总体设计方案 13

3.3.2主电路设计 13

3.3.3驱动电路设计 15

3.3.4 电流检测电路设计 16

3.3.5 速度检测电路设计 16

3.3.6电源电路 17

第4章 三相异步电机矢量控制部分软件设计 19

4. 1系统软件总体设计 19

4.2系统软件模块的实现 20

4. 2. 1初始化模块 20

4. 2. 2电流采样模块 20

4. 2. 3转速采样模块 21

4. 2. 5 SVPWM模块 21

结论 22

参考文献 23

附录A 图纸： 24

附A1： 24

附A2： 25

附A3： 26

附A4： 27

附A5： 28

附A6： 29

附A7： 30

附录B 程序清单： 31

致谢 36

第1章 绪论

1.1概述

从电气自动化时代开启之后，电动机成为了其中最为关键的一环。最初，直流电机因其控制与调速更为方便，因此在电动机应用中占有更大的比重。但是随诸如单片机、DSP等微型处理器的出现以及发展，人们已经越来越方便的控制交流调速电机。时至今日，性能较优越的交流电动机的调节速度的能力以及可以说与直流电机无二。而且，交流电机还具有维护价格低、维护方便等特点，这使得在工业生产中，交流调速电机具有越来越重要的地位。

1.2现代技术简介

1.2.1电力电子技术

晶闸管无异于是一个足矣载入史册的发明，自其问世以来，电力电子技术进入了飞速发展的时代，而此后一系列的功率器件的出现也使得这项技术不断取的突飞猛进。其中，于1957年生产出来种类繁多的晶闸管是第一代半控型器件的代表；第二代则是全控型器件的时代，如电力场效应晶闸管（Power-MOSFET）等，全控型器件比半控型控制起来显然更加方便；第三代则来到了复合型功率器件的时代，如绝缘栅双极晶体管IGBT，相较于前两代功率器件，第三代器件的许多性能都更加优异。目前，IGBT已经发展到第四代，由于IGBT集合了其他管的优点，这使得它成为许多场合下变换装置中的首选功率元件。

1980年之后，出现的功率集成电路（PIC）集功率、接口、保护电路于一身，由于存在高低压间的绝缘问题和温度上升过快与散热效果差等问题在当时还没有妥善的解决办法，所以该产品所能达到的功率十分有限。利用表面贴装技术制作而成的混合功率集成模块，比如智能功率模块（IPM）采用绝缘栅双极晶体管作为功率开关器件，本身的结构已经十分完整，能很好的进行如信号处理、检查故障和电路保护等多种功能，因此在中、小型的交流调速系统中运用广泛。

1.2.2PWM技术

PWM技术，即脉冲宽度调试技术，就是利用半导体器件的开断，将额定直流电压切割成不同间隔、宽度不同的形状特定（如方波）的一系列的电压脉冲序列，利用这些脉冲，我们可以完成很多我们所需的目标。这项技术目前己成为逆变领域最主要的实现手段。一直以来，PWM都是变频调压领域的重要技术之一。