基于dsp 的转子磁场定向感应电机控制系统实现

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1、ICwww.datasheet5.com基于DSP的转子磁场定向感应电机控制系统实现东华大学机械工程学院范岩何勇CollegeofMechanicalEngineeringDonghuaUniversityFanyanHeyong摘要本文介绍了一种采用磁链和开环速度估算器的转子磁场定向的控制系统，系统设计的的关键问题是磁链的观测和速度的准确估算。在系统动态过程中，电机的一些定、转子参数会随着电机温升和磁路饱和的影响而发生变化，是时变参数，本文按照模型参考自适应系统构造出参考模型和可调模型来实现了扩展卡尔曼滤波对磁链和电机转速的估

2、算，并成功应用此算法设计了一套DSP实验控制系统，实现了速度自适应识别。同时本文介绍了DSP实验系统的硬件和软件实现方法并对实验结果进行了分析。模型试验应用于1.0kW的感应电机取得了较好的的控制效果。关键词：感应电机自适应无速度传感器DSP中图分类号：TM343文献标识码：A1前言以转子磁场定向的矢量控制系统已经广泛应用于高性能的工业场合，由于矢量控制需要转速闭环，因此很多情况下，人们是利用同轴安装的速度传感器测速。但是精密的速度传感器价格较高，且在某些恶劣环境下无法安装速度传感器，因此近年来研究较多的是无速度传感器矢量控制技

3、术。对于无速度传感器系统，由于电机终端可测量的只有电压和电流信号，因此转速和转子磁链只能通过电压和电流计算得到。这种系统需解决两个问题：转速[1]的估计和转子磁链的观测。2异步电动机转子磁场定向矢量控制的基本原理2.1转子磁场定向矢量控制基本原理1971年德国人F.Blaschke提出“感应电机磁场定向的控制原理”，是人们首次提出矢量[2-3]控制的概念，以后在实践中经过不断改进，形成了现在普遍采用的矢量控制系统。磁场定向控制原理规定两相同步旋转M−T坐标系的M轴就是沿着转子磁链ψ的方向，并称r之为磁化轴，T轴则垂直于ψ，称之为

4、转矩轴。这样M−T坐标系就变成了转子磁场定向r坐标系，而ψ也是以同步转速旋转的矢量，因此：rψrM=ψr，ψrT=0（2.1）即：lmisM+lrirM=ψr（2.2）lmisT+lrirT=0对于笼型感应电机有urM=urT=0，电压方程可化为以下形式：⎡usM⎤⎡Rs+lsP−ωslslmP−ωslm⎤⎡isM⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢usT⎥=⎢ωslsRs+lsPωslmlmP⎥⎢isT⎥（2.3）⎢0⎥⎢lmP0Rr+lrP0⎥⎢irM⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣0⎦⎣∆ωlm0∆ωlrRr⎦⎣irT⎦由异步电机在两相同步旋转M−T坐标系中

5、的电压方程、磁链方程可推导出以下公式：i=τrP+1ψ或lm（2.4）sMrψr=isMlmτrP+1T=nlmiψ（2.5）epsTrlr式中，usM、usT、urM、urT、isM、isT、irM、irT、ψsM、ψsT、ψrM、ψrT为定、转子电压、电流、磁链在M−T坐标轴上的分量；∆ω=ωs−ωr为转差角速度，ωr为转子角速度，ωs为同步旋转角速度。ls、lr为定、转子一相绕组的等效自感；lm为定、转子一相绕组的等效互感；Te为电磁转矩；p为微分因子；np为极队数；Rs、Rr为定子、转子电阻。式2.4表明，转子磁链ψr仅

6、由isM产生，与isT无关，isM称为定子电流的励磁分量，ψr与isM之间的传递函数是一阶惯性环节，当励磁分量isM突变时，ψr的变化要受到励磁惯性的阻挠，这和直流电机励磁绕组的惯性作用是一致的。式2.5中，isT是定子电流的转矩分量，当isM不变，即ψr不变时，如果isT发生变化，转矩Te立即随之成正比地变化，没有滞后。因此，M−T坐标系按转子磁场定向后，在定子电流的两个分量之间实现了解藕，ψr唯一由isM决定，isT则只影响转矩，与直流电机中的励磁电流和电枢电流相对应，这样大大简化了多变量强耦合的交流变频调速系统的控制问题。

7、2.2无速度传感器矢量控制的自适应转速估计为实现精确的速度反馈控制，必须能准确获得电机的转速信号，同时进行转子磁链的准确观测，也需要转速反馈信号。在无速度传感器矢量控制系统中，只能对电机的定子电流和电压进行实时检测，因此可以由定子电压和电流进行计算得到转速大小。在系统动态过程中，电机的一些定、转子参数会随着电机温升和磁路饱和的影响而发生变化，是时变参数，因此[4-5]可以按照模型参考自适应系统构造出参考模型和可调模型计算出电机转速。根据电机在两相静止坐标系中的Park方程和磁链方程，可以得到两种形式的转子磁链模型：⎡•⎤ψ⎢rα

8、⎥l⎡Rs+σlsP0⎤⎡isα⎤l⎡usα⎤（2.6）≅−r⎥+r⎢•⎥⎢0RlP⎥⎢i⎢u⎥⎢ψrβ⎥lm⎣s+σs⎦⎣sβ⎦lm⎣sβ⎦⎣⎦⎡•⎤ψ⎢rα⎥⎡−/1τr−ωr⎤⎡ψrα⎤l⎡isα⎤（2.7）=⎥+r⎢•⎥⎢ω−/1τ⎥⎢ψ⎢i⎥⎢ψrβ⎥