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基于DSP的矢量控制变频调速系统

作　者: 陈利群
导　师: 李春茂
学　校: 西南交通大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 变频调速 数字信号处理(DSP) 空间矢量脉宽调制
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节能、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。矢量控制使人们看到交流电动机尽管控制复杂,同样可以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。但是,由于矢量控制自身结构复杂以及计算量大等缺点,从而限制了其发展与应用。近年来,随着微处理器的迅速发展,特别是数字信号处理器(数字信号处理)的出现,则逐渐克服了这种矛盾。矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标理论的基础上发展起来的,具有先进性、新颖性和实用性的特点。矢量控制的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换,将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,达到直流电机的控制效果。论文基于DSP技术的高度发展,选用了TI公司的TMS320F2407为主要的处理器,开发了基于矢量控制的变频调速系统。电压空间矢量PWM技术(SVPWM)将逆变器和电动机视为一体,由之控制的变频器具有输出转矩脉动量低、直流利用率高、开关损耗小、高速调速性能好等优点,适用于高性能电机调速控制系统。本文对基于SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation)技术的感应电机变频策略从控制理论、数学模型、仿真和实验等方面进行了较为系统和全面的研究。最后实现了基于DSP转子磁场定向矢量控制系统,实验结果表明该控制系统有很好的动态和静态性能。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 交流电动机调速技术的发展和现状  11-15
  1.2 交流调速系统的类型  15-16
    1.2.1 同步电动机调速系统的基本类型  15-16
    1.2.2 异步电动机调速系统的基本类型  16
  1.3 本文研究的主要内容  16-18
第二章 异步电机变频调速的基本原理  18-27
  2.1 电压空间矢量的概念  18-19
  2.2 电压矢量与磁链矢量的关系  19-20
  2.3 三相逆变器的基本电压矢量  20-23
  2.4 磁链跟踪PWM的基本思想  23-27
第三章 SVPWM技术的调制方式  27-37
  3.1 SVPWM的基本调制算法  27-30
  3.2 SVPWM的两种开关调制模式  30-33
    3.2.1 连续开关调制模式  30-32
    3.2.2 不连续开关调制模式  32-33
  3.3 SVPWM调制波的显化  33-37
    3.3.1 对称规则采样法SPWM  34-35
    3.3.2 连续开关调制模式SVPWM的等效相电压调制波  35-37
第四章 SVPWM控制算法分析及仿真  37-61
  4.1 MATLAB动态仿真工具SIMULINK简介  37-38
  4.2 SVPWM的控制算法  38-50
    4.2.1 参考电压矢量~(U_(ref)~*)处扇区N的判断  39-42
    4.2.2 计算相邻两电压空间矢量的作用时间T_x,T_y  42-48
    4.2.3 计算A,B,C三相相应的开关时间T_(cm1),T_(cm2),T_(cm3)  48-50
  4.3 SVPWM的SIMULINK实现  50-54
  4.4 仿真结果与分析  54-61
    4.4.1 SVPWM逆变器供电下异步电动机变频调速系统仿真模型  54-56
    4.4.2 电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真结果及分析  56-61
第五章 基于TMS320LF2407A DSP的SVPWM控制算法的数字化实现  61-71
  5.1 数字信号处理器TMS320LF2407A DSP简介  61-62
  5.2 IMCD2407电机控制方案简介  62-63
  5.3 电压空间矢量SVPWM技术的DSP实现  63-71
    5.3.1 利用变频调速的原理确定参考电压矢量~(U_(ref)~*)的分量~(U_α)和~(U_β)  64-65
    5.3.2 利用软件法实现电压空间矢量PWM的编程方法  65-69
    5.3.3 实验结果与分析  69-71
总结与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 变频控制系统
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