实验九 基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速系统2010

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1、实验九基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速系统一一一．一．．．实验目的实验目的1．了解以TMS320F240为核心构成的全数字控制感应电机变频调速实验系统的硬件与软件组成。2．掌握采用正弦脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）的感应电机开环变压变频（VVVF）调速系统的工作原理、优缺点及应用场合。3．掌握采用磁场定向控制（FOC）与直接转矩控制（DTC）的感应电机变频调速闭环控制系统的工作原理、优缺点及应用场合。4．掌握不同控制方式时的系统稳态与动态特性以及有关控制参数变化的影响。5．掌握感应电机变频调速系统的实验研究方

2、法，包括虚拟仪器的使用。二．实验内容1．熟悉变频调速实验系统的配置与结构，在此基础上完成实验接线。并通过仔细阅读“MCL-13(V1.1)上位机程序使用说明”，熟悉在上位机界面上进行实验操作的方法。2．采用正弦脉宽调制（SPWM）的开环VVVF调速系统的实验研究：（1）分别在不同调制方式（同步、异步和分段同步）下，观测不同调制方式与有关参数变化对系统性能的影响，作比较研究：①在同步调制时，观测载波比变化对不同速度下，定子磁通轨迹的影响；②在异步调制时，观测载波频率变化对不同速度下，定子磁通轨迹的影响；③在分段同步调制时，改变频率分段与各段载波比

3、，观测不同速度下定子磁通轨迹的变化。④比较不同调制方式的优缺点，总结参数调试经验。（2）测取系统稳态机械特性n=f(M)；（3）观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形iv=f(t)与n=f(t)；（4）观测并记录突加与突减负载时的电机定子电流和电机速度波形iv=f(t)与n=f(t)；（5）观测低频补偿程度改变对系统性能的影响。3．采用空间矢量脉宽调制（SVPWM）的开环VVVF调速系统的实验研究：（1）~（5）同前2。4．采用磁场定向控制（FOC）的感应电机变频调速系统的研究：（1）在默认参数下，测取系统的稳态机械特性n=f(M)，观察定

4、子磁通轨迹；（2）观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形iv=f(t)与n=f(t)；（3）观测并记录突加与突减负载时的电机定子电流和电机速度波形iv=f(t)与n=f(t)；（4）研究速度调节器参数（P、I）改变对系统稳态与动态性能的影响；（5）研究电流调节器参数（P、I）改变对系统稳态与动态性能的影响；（6）研究转子回路时间常数（T2=Lr/Rr）改变对系统稳态与动态性能的影响；5．采用直接转矩控制（DTC）的感应电机变频调速系统的研究：（1）~（4）同磁场定向控制系统；（5）研究转矩与磁通调节器滞环宽度改变对系统稳态与动态性能的影响；

5、（6）研究定子电阻变化对系统稳态与动态性能的影响；6．对以上不同控制方式下感应电机变频调速系统的性能进行比较研究。三．实验系统组成及工作原理基于DSP的高性能变频调速系统原理框图如图7—5所示：系统主电路采用交-直-交电压源型变频器，功率器件采用智能功率模块IPM，该模块包含了由六个IGBT、六个续流二极管、栅极驱动电路、逻辑控制电路以及欠压、过流、短路、过热等保护电路，模块的主电路部分共有5个端子，即直流电压输入端+、-，三相交流电压输出端U、V、W，控制部分共有15个端子，用于PWM信号输入、故障信号输出及驱动电源等，驱动电源为4组+15V

6、电源，DSP生成的PWM信号需通过光耦合器隔离后输入。该智能功率模块的应用，减小了装置的体积，提高了变频系统的性能与可靠性。控制系统由DSP、信号检测电路、驱动与保护电路等组成，DSP采用美国TI(TexasInstruments)公司于1998年推出的16位数字信号处理器(DigitalSignalProcessor简称DSP)TMS320X24x系列芯片，该芯片是专门为电机的数字化控制而设计的，它集DSP的信号高速处理能力及适用于电机控制的优化外围电路于一体，为电动机数字控制系统应用提供了一个理想的解决方案，从而成为传统的多微处理器单元和昂

7、贵的多片设计的理想替代，每秒执行20兆条指令的运算能力，使该系列芯片能提供比传统16位微处理器强大得多的性能。该系列芯片的16位定点DSP内核为模拟设计者提供了一个数字解决方案，并且不会牺牲原有系统的精度和性能，事实上，由于可以采用诸如自适应控制、卡尔曼滤波和状态控制等先进的控制算法，因而增强了系统性能。高速CPU允许数字控制设计者能够实时处理算法而不需通过查表只能获得近似值，几乎所有的指令都可在50ns的单周期内完成，如此高的性能可以对非常复杂的控制算法进行实时运算，此外，还可支持非常高的采样率，以减小循环延时。作为系统管理器，DSP必须具备

8、强大的片内I/O和其它外设功能，该系列芯片内的事件管理器可以为所有电机类型用户提供高速、高效和全变速的先进控制技术。在该事件管理器中，包括特殊的PWM