實(shí)驗(yàn)九 基于DSP的矢量變換控制與直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)2010

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1、實(shí)驗(yàn)九基于DSP的矢量變換控制與直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)一一一．一．．．實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解以TMS320F240為核心構(gòu)成的全數(shù)字控制感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件與軟件組成。2．掌握采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的感應(yīng)電機(jī)開環(huán)變壓變頻（VVVF）調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。3．掌握采用磁場(chǎng)定向控制（FOC）與直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。4．掌握不同控制方式時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)特性以及有關(guān)控制參數(shù)變化的影響。5．掌握感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方

2、法，包括虛擬儀器的使用。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．熟悉變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配置與結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)接線。并通過仔細(xì)閱讀“MCL-13(V1.1)上位機(jī)程序使用說明”，熟悉在上位機(jī)界面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的方法。2．采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）的開環(huán)VVVF調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究：（1）分別在不同調(diào)制方式（同步、異步和分段同步）下，觀測(cè)不同調(diào)制方式與有關(guān)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，作比較研究：①在同步調(diào)制時(shí)，觀測(cè)載波比變化對(duì)不同速度下，定子磁通軌跡的影響；②在異步調(diào)制時(shí)，觀測(cè)載波頻率變化對(duì)不同速度下，定子磁通軌跡的影響；③在分段同步調(diào)制時(shí)，改變頻率分段與各段載波比

3、，觀測(cè)不同速度下定子磁通軌跡的變化。④比較不同調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)參數(shù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。（2）測(cè)取系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性n=f(M)；（3）觀測(cè)并記錄啟動(dòng)時(shí)電機(jī)定子電流和電機(jī)速度波形iv=f(t)與n=f(t)；（4）觀測(cè)并記錄突加與突減負(fù)載時(shí)的電機(jī)定子電流和電機(jī)速度波形iv=f(t)與n=f(t)；（5）觀測(cè)低頻補(bǔ)償程度改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3．采用空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的開環(huán)VVVF調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究：（1）~（5）同前2。4．采用磁場(chǎng)定向控制（FOC）的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究：（1）在默認(rèn)參數(shù)下，測(cè)取系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性n=f(M)，觀察定

4、子磁通軌跡；（2）觀測(cè)并記錄啟動(dòng)時(shí)電機(jī)定子電流和電機(jī)速度波形iv=f(t)與n=f(t)；（3）觀測(cè)并記錄突加與突減負(fù)載時(shí)的電機(jī)定子電流和電機(jī)速度波形iv=f(t)與n=f(t)；（4）研究速度調(diào)節(jié)器參數(shù)（P、I）改變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的影響；（5）研究電流調(diào)節(jié)器參數(shù)（P、I）改變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的影響；（6）研究轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)（T2=Lr/Rr）改變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的影響；5．采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究：（1）~（4）同磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)；（5）研究轉(zhuǎn)矩與磁通調(diào)節(jié)器滯環(huán)寬度改變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的影響；

5、（6）研究定子電阻變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的影響；6．對(duì)以上不同控制方式下感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較研究。三．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理基于DSP的高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖7—5所示：系統(tǒng)主電路采用交-直-交電壓源型變頻器，功率器件采用智能功率模塊IPM，該模塊包含了由六個(gè)IGBT、六個(gè)續(xù)流二極管、柵極驅(qū)動(dòng)電路、邏輯控制電路以及欠壓、過流、短路、過熱等保護(hù)電路，模塊的主電路部分共有5個(gè)端子，即直流電壓輸入端+、-，三相交流電壓輸出端U、V、W，控制部分共有15個(gè)端子，用于PWM信號(hào)輸入、故障信號(hào)輸出及驅(qū)動(dòng)電源等，驅(qū)動(dòng)電源為4組+15V

6、電源，DSP生成的PWM信號(hào)需通過光耦合器隔離后輸入。該智能功率模塊的應(yīng)用，減小了裝置的體積，提高了變頻系統(tǒng)的性能與可靠性?？刂葡到y(tǒng)由DSP、信號(hào)檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路等組成，DSP采用美國(guó)TI(TexasInstruments)公司于1998年推出的16位數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor簡(jiǎn)稱DSP)TMS320X24x系列芯片，該芯片是專門為電機(jī)的數(shù)字化控制而設(shè)計(jì)的，它集DSP的信號(hào)高速處理能力及適用于電機(jī)控制的優(yōu)化外圍電路于一體，為電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案，從而成為傳統(tǒng)的多微處理器單元和昂

7、貴的多片設(shè)計(jì)的理想替代，每秒執(zhí)行20兆條指令的運(yùn)算能力，使該系列芯片能提供比傳統(tǒng)16位微處理器強(qiáng)大得多的性能。該系列芯片的16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核為模擬設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)數(shù)字解決方案，并且不會(huì)犧牲原有系統(tǒng)的精度和性能，事實(shí)上，由于可以采用諸如自適應(yīng)控制、卡爾曼濾波和狀態(tài)控制等先進(jìn)的控制算法，因而增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。高速CPU允許數(shù)字控制設(shè)計(jì)者能夠?qū)崟r(shí)處理算法而不需通過查表只能獲得近似值，幾乎所有的指令都可在50ns的單周期內(nèi)完成，如此高的性能可以對(duì)非常復(fù)雜的控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，此外，還可支持非常高的采樣率，以減小循環(huán)延時(shí)。作為系統(tǒng)管理器，DSP必須具備

8、強(qiáng)大的片內(nèi)I/O和其它外設(shè)功能，該系列芯片內(nèi)的事件管理器可以為所有電機(jī)類型用戶提供高速、高效和全變速的先進(jìn)控制技術(shù)。在該事件管理器中，包括特殊的PWM