基于DSP的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

隨著現(xiàn)代交流電機調(diào)速控制理論的發(fā)展和電力電子裝置功能的完善，特別是微型計算機及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，交流電機調(diào)速取得了突破性的進展。恒壓頻比(U/F=常數(shù))的控制方式是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機，所以通用性強，經(jīng)濟性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式，普遍應(yīng)用在風(fēng)機、泵類的調(diào)速系統(tǒng)中。

電壓空間矢量法(SVPWM)，也叫“磁鏈跟蹤控制”，和經(jīng)典的SPWM控制著眼于輸出電壓盡量接近正弦波不同，它是從電動機的角度出發(fā)，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

本系統(tǒng)設(shè)計了以TMS320LF2407A為中央處理器的硬件平臺，通過SVPWM控制方法對交流電機實現(xiàn)恒壓頻比控制。并在此基礎(chǔ)上給出了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

1 空間電壓矢量PWM原理

理論分析表明：三相對稱正弦電壓產(chǎn)生幅值恒定、以恒轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，而這種電壓空間矢量加到電機上時將產(chǎn)生幅值恒定、以恒轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的定子磁鏈空間矢量，且定子磁鏈?zhǔn)噶宽旤c的運動軌跡形成圓形的空間旋轉(zhuǎn)磁場。因此，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。

SVPWM法就是從電動機的角度出發(fā)，把逆變器和交流電動機視為一體，著眼于如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

1.1 基本電壓空間矢量

圖1是一個通用的電壓型PWM逆變電路。圖中的V0-V5是6個功率開關(guān)管，a、b、c分別代表三個橋臂的開關(guān)狀態(tài)。對于每一個橋臂都有兩種工作狀態(tài)，“上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷”，稱為“1”狀態(tài)，“下管導(dǎo)通，上管關(guān)斷”，稱為“0”狀態(tài)。三個橋臂只有“1”或“0”兩種狀態(tài)，因此a、b、c形成000、001、010、011、100、101、110、111共八個開關(guān)模式。其中000和111開關(guān)模式稱為零狀態(tài)。

8個開關(guān)模式分別對應(yīng)8種基本電壓矢量。根據(jù)其相位角的特點分別命名為：O000、U0、U60、U120、U180、U240、U300、O111。按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的6個扇區(qū)，如圖2所示：

1.2 電壓空間矢量的合成

每個有效工作矢量在一個周期內(nèi)只作用一次的方式只能生成正六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場，如果設(shè)法使定子里形成正多邊形旋轉(zhuǎn)磁場，我們就可以得到近似的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。而且，正多邊形的邊越多，近似程度就越好。

但是如果想獲得盡可能多的多邊形旋轉(zhuǎn)磁場，就須有更多的逆變器開關(guān)狀態(tài)。我們可以利用六個非零的基本電壓空間矢量的線性時間組合來得到更多的開關(guān)狀態(tài)，這就是電壓空間矢量PWM的基本思想。

在電壓矢量空間的6個扇區(qū)中，當(dāng)期望的輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)時，就用該扇區(qū)的兩條邊等效合成期望的輸出矢量。

在圖3中，Ux和Ux±60代表相鄰的兩個基本電壓空間矢量;Uout是輸出的參考相電壓矢量，其幅值代表相電壓的幅值，其旋轉(zhuǎn)角速度就是輸出正弦電壓的角頻率。Uout可由Ux和Ux±60線性時間組合來合成，它等于t1/Tpwm倍的Ux與t2/Tpwm倍的Ux±60的矢量和。其中t1和t2分別是Ux和Ux±60和作用的時間;Tpwm是Uout作用的時間。由期望輸出電壓矢量的幅值及位置可確定相鄰的兩個基本電壓矢量以及它們作用時間的長短，并由此得出零矢量的作用時間大小。

2 基于DSP的變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

設(shè)計的系統(tǒng)以TMS320LF2407A為核心控制器，電路組成包括主電路、系統(tǒng)保護電路和控制電路三大部分，其總體設(shè)計圖如圖4所示。