基于DSP的盛应电动机矢量控制系统的设计
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ｓ ｔ ｈｅ ｎｄｕ ｔｉ ｎ ｍｏｔ ｒ ａｓ ｏ Ｄ ｙｓ ｅｍ ｏｆ ｔ ｉ ｃ ｏ ｏ ｂ ｅｄ ｎ ＳＰ． Ｕｓｉ ｇ ｎ ｄｉ ｇｉｔ ｓｉ ｎ ｐｒ ｅｓ ｏｒ ａｓ ａｌ ｇ ａｌ ｏｃ ｓ ＣＰ ｎ ｍａ ｈ ｒｄ ａｒ ａｒ ｈｉ ｅｃ ｒ Ｕ ｃａ ｋｅ ａ ｗ ｅ ｃ ｔ ｔｕ ｅ ｏ ｓｙ ｅ ｍｏ ｓ ｍｐｌｉ ｉ ｆ ｓｔ ｍ ｒｅ ｉ ｆ ｅｄ． ｓｉ ｇｌ ｃ ｐ ｃｏ Ａ ｎ ｅ ｈｉ ｎｔｒ ｏｆ ｈｅ ｎｄｕ ｏｌ ｔ ｉ ｃｔｉ ｍ ｏｒ ａｎ ｅ ｏｎ ｏｔ ｃ ｂ ｒｅ ａｌｊ ｅｄ ｙ ｈ ｕｓ ｏｆ ＤＳ Ｔｈ ｚ ｂ ｔ ｅ ｅ Ｐ． ｅ ｅ ｅｒｉ ｅｎ ｘｐ ｍ ｔａｌ ｒｅ ｓｕｌ ｖ ｒｉ ｔ ｔｓ ｅ ｆｙ ｈａｔ ｈ ｓ ｕｔｉ ｎ ｆｅ ｔ ｅ ｏｌ ｏ ｉ ｓ ａｓｉ ｅ ｎｄ ａｌｉ ａｎ ｔｈ ｍｅ ｏｄ ｓ ａｓ ｔｏ ｅ ｓｅ ｂｌ ａ ｖ ｄ ｄ ｅ ｔｈ ｉ ｅ ｙ ｂ ｕ ｄ．
直流电源 、ＧＴ ＩＢ 的隔离驱 动、 电动机转速检测及放大等功能 。
２ １输出电流检测 ．
４ 实验结果及结论
实验所使用的感应电动机主要参数如下 ： 额定功率６ ．
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｒ ｓ ｎ ｓ ｔ ｅ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｄ ａ ｄ ａ ｅ ａ ｃ ｉ ｅ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｏ ｏ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｓｒ ｃ： ｈ ｓ ａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｓ ｆ ｗ ｒ ｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｒ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｈ ｏ ｕ ｉ ｎ ｆ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ
Ｋｅ ｗｏｄ ： Ｓ ｖ ｒｓ Ｄ Ｐ； Ｉ ｄ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｒ： Ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｎ ｕ ｔ ｏ ｏ ｏ ｅｔｒＣ ｎｒｌ
０ 引言
量与转矩分量之间的解耦， 从而一台三相异步电动机等效 为直流电动机来控制， 因而可获取与直流调速系统同样好的
静态及动态性能 。 ２ 系统 组成 及功 能实现
随着交流传动系统的飞速发展 ， 交流调速系统正以良好 的动态性、 静态性广泛应用于工业生产的各个领域， 打破了 过去传动领域内直流调速系统所占的统治地位。 交流调速广 泛用于各种行业． 成为近年来的研究重点和热点。由于感应 电动机是一个多变量 、强耦合、非线性的控制对象， 要想对 其很好的控制． 关键在于解耦。自 上世纪７ 年代德国学者提 ｏ 出矢量控制技术解耦方案… 以来， 一直受到客观条件的限制， 未能得到很好的实现。 随着高性能 ＤＰ Ｓ 芯片、电力电子器件 的出现， 都为异步电动机调速提供了软硬件支持，本文中我
数 字信 号处理器 Ｔ Ｓ ２ Ｆ４ 使硬件 结构大为简化． Ｍ ３ ０２ ０ 可实现感 应电动机 的单片控制。实验 结果 证实 了该方案设计是可行有效 的。
易于工程实现。
关键词： Ｓ； ＤＰ 感应电动机： 矢量控制
中图分类号 ：Ｔ ３ ３ Ｍ４ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：ｌ ７ － ７ ２ （０６２ ０ ４ － ２ ｌ ４ ９ 一２０ ）— ０ ３ ０ ６
模 块 、 Ｗ 脉冲生成模块 、 ＰＭ 死区发生模块和数字 ｉｏ ／ 口等等 。
由于在控制系统中充分使用了上述硬件资源， 系统不但可以
获 得 良好的调节功能 ， 且硬件 电路的设计也大大 简化 。 而
交流电动机的矢量控制技术在异步 电动机 的数学模型基
基于ＴＳ２Ｆ４ 的矢量控制方案组成的交流变频调速系 Ｍ３０２０ 统结构框图如图一所示 系统由主电路、 控制电路和辅助电 路构成， 其主电路中逆变器采用六管封装的ＩＢ 功率模块， ＧＴ 完成功率变换。 控制电路由ＴＳ２Ｆ４ 芯片为核心， Ｍ３ ０２０ 用来完 成矢量控制核心算法、 Ｗ 产生、相关电压电流的检测处理 ＰＭ
们设计 了一 种基于 ＤＰ Ｓ 的异步电动机的矢量控制系统
１ 矢量 控制的控 制原 理
本系统采用Ｔ 公司生产的ＴＳ２Ｆ４ 系列的ＤＰ 。 Ｉ Ｍ ３０２０ Ｓ ［ 高
速的运算功能是它显著的特征 ， 为了获得良好的实时响应 ， 它 可以把控制中的计算周期限制在令人满意的范围内。此外， ＤＰ Ｓ芯片还集成了许多外设， 包括可以进行采样和转换的ＡＤ ／
础上， 将耦台在一起的电动机绕组的磁通电流和力矩电流在
选定的坐标系上分解 出来 ， 使异步电动机接近直流 电动机特
性 具体方法是用坐标变换将三相系统等效为两相系统， 再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电流励磁分
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等功能。 辅助电路开关电源、 驱动电路、 光电编码器、 滤波 放大器、 电流互感器Ｃ１ Ｃ２ Ｔ 、 Ｔ 组成， 以实现经系统提供多路
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李
浩 杨 金云
Ｌｉ ａｏ Ｙａ Ｊｉ Ｈ ｎｇ ｎｇｙ ｎ ｕ
（． １徐州工程学 院 ， 州 徐
２ １０ ；２ 中国矿业 大学 ，徐州 ２０８ ．
２ １０ ） ２０８
（ ．ｕ ｈ ｕ ／ ｓ ｉ ｕ ｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ，ｕ ｈ ｕ ２ １ ０ ； １ Ｘ ｚ ｏ ｎ ｔ ｔ ｆ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｘ ｚｏ ２ ０ ８ ｔ
２ Ｃ ｉ ａ Ｕ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆ Ｍ ｎ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｕ ｈ ｕ ２ １ｏ ） ．ｈ ｎ ｎ ｖ ｒ ｉ ｙｏ ｉ ｉｇ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｘ ｚ ｏ ２ ｏ ８
摘
要： 本文从矢量控制原理入手详细介绍 了基于 Ｄ Ｐ的感 应 电动机矢量控制 系统 的软硬件 组成及设计方案。 系统采用 Ｓ
直流电源 、ＧＴ ＩＢ 的隔离驱 动、 电动机转速检测及放大等功能 。
２ １输出电流检测 ．
４ 实验结果及结论
实验所使用的感应电动机主要参数如下 ： 额定功率６ ．
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｒ ｓ ｎ ｓ ｔ ｅ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｄ ａ ｄ ａ ｅ ａ ｃ ｉ ｅ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｏ ｏ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｓｒ ｃ： ｈ ｓ ａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｓ ｆ ｗ ｒ ｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｒ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｈ ｏ ｕ ｉ ｎ ｆ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ
Ｋｅ ｗｏｄ ： Ｓ ｖ ｒｓ Ｄ Ｐ； Ｉ ｄ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｒ： Ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｎ ｕ ｔ ｏ ｏ ｏ ｅｔｒＣ ｎｒｌ
０ 引言
量与转矩分量之间的解耦， 从而一台三相异步电动机等效 为直流电动机来控制， 因而可获取与直流调速系统同样好的
静态及动态性能 。 ２ 系统 组成 及功 能实现
随着交流传动系统的飞速发展 ， 交流调速系统正以良好 的动态性、 静态性广泛应用于工业生产的各个领域， 打破了 过去传动领域内直流调速系统所占的统治地位。 交流调速广 泛用于各种行业． 成为近年来的研究重点和热点。由于感应 电动机是一个多变量 、强耦合、非线性的控制对象， 要想对 其很好的控制． 关键在于解耦。自 上世纪７ 年代德国学者提 ｏ 出矢量控制技术解耦方案… 以来， 一直受到客观条件的限制， 未能得到很好的实现。 随着高性能 ＤＰ Ｓ 芯片、电力电子器件 的出现， 都为异步电动机调速提供了软硬件支持，本文中我
数 字信 号处理器 Ｔ Ｓ ２ Ｆ４ 使硬件 结构大为简化． Ｍ ３ ０２ ０ 可实现感 应电动机 的单片控制。实验 结果 证实 了该方案设计是可行有效 的。
易于工程实现。
关键词： Ｓ； ＤＰ 感应电动机： 矢量控制
中图分类号 ：Ｔ ３ ３ Ｍ４ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：ｌ ７ － ７ ２ （０６２ ０ ４ － ２ ｌ ４ ９ 一２０ ）— ０ ３ ０ ６
模 块 、 Ｗ 脉冲生成模块 、 ＰＭ 死区发生模块和数字 ｉｏ ／ 口等等 。
由于在控制系统中充分使用了上述硬件资源， 系统不但可以
获 得 良好的调节功能 ， 且硬件 电路的设计也大大 简化 。 而
交流电动机的矢量控制技术在异步 电动机 的数学模型基
基于ＴＳ２Ｆ４ 的矢量控制方案组成的交流变频调速系 Ｍ３０２０ 统结构框图如图一所示 系统由主电路、 控制电路和辅助电 路构成， 其主电路中逆变器采用六管封装的ＩＢ 功率模块， ＧＴ 完成功率变换。 控制电路由ＴＳ２Ｆ４ 芯片为核心， Ｍ３ ０２０ 用来完 成矢量控制核心算法、 Ｗ 产生、相关电压电流的检测处理 ＰＭ
们设计 了一 种基于 ＤＰ Ｓ 的异步电动机的矢量控制系统
１ 矢量 控制的控 制原 理
本系统采用Ｔ 公司生产的ＴＳ２Ｆ４ 系列的ＤＰ 。 Ｉ Ｍ ３０２０ Ｓ ［ 高
速的运算功能是它显著的特征 ， 为了获得良好的实时响应 ， 它 可以把控制中的计算周期限制在令人满意的范围内。此外， ＤＰ Ｓ芯片还集成了许多外设， 包括可以进行采样和转换的ＡＤ ／
础上， 将耦台在一起的电动机绕组的磁通电流和力矩电流在
选定的坐标系上分解 出来 ， 使异步电动机接近直流 电动机特
性 具体方法是用坐标变换将三相系统等效为两相系统， 再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电流励磁分
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等功能。 辅助电路开关电源、 驱动电路、 光电编码器、 滤波 放大器、 电流互感器Ｃ１ Ｃ２ Ｔ 、 Ｔ 组成， 以实现经系统提供多路
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李
浩 杨 金云
Ｌｉ ａｏ Ｙａ Ｊｉ Ｈ ｎｇ ｎｇｙ ｎ ｕ
（． １徐州工程学 院 ， 州 徐
２ １０ ；２ 中国矿业 大学 ，徐州 ２０８ ．
２ １０ ） ２０８
（ ．ｕ ｈ ｕ ／ ｓ ｉ ｕ ｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ，ｕ ｈ ｕ ２ １ ０ ； １ Ｘ ｚ ｏ ｎ ｔ ｔ ｆ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｘ ｚｏ ２ ０ ８ ｔ
２ Ｃ ｉ ａ Ｕ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆ Ｍ ｎ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｕ ｈ ｕ ２ １ｏ ） ．ｈ ｎ ｎ ｖ ｒ ｉ ｙｏ ｉ ｉｇ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｘ ｚ ｏ ２ ｏ ８
摘
要： 本文从矢量控制原理入手详细介绍 了基于 Ｄ Ｐ的感 应 电动机矢量控制 系统 的软硬件 组成及设计方案。 系统采用 Ｓ