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1、 毕业设计用纸中文摘要随着电力电子技术的发展，以及各种新型控制器件和先进控制方法在电机调速系统中的应用，交流电机控制精度得到了极大的提高。为了满足高性能、节能和环保的要求，交流电机调速以其特有的优点，正逐步取代直流调速，在电气传动领域中扮演着重要的角色。本课题主要针对交流异步电机变频调速控制系统进行了研究和探讨，提出了相应的软、硬件设计方案，以TI公司的电机专用控制芯片DSP TMS320LF2407A为控制核心，采用VF控制和空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)相结合的控制方法，实现了对交流异步电机变频调速控制。 论文阐述了交流异步电机的数学模型和变频调速原理；设计了以DSP最小系统为核心的控
2、制电路、变频主电路、信号采集电路等；在CCS集成开发环境下，采用C语言编程实现了上述的变频调速控制策略；同时为了实现该控制系统的灵活性，还采用VC+编写了上位机控制程序，使PC机通过串口对DSP进行控制，并将电机的运行状态在PC机上显示；还扩展了CAN总线，方便了电机的多机控制和远程控制。论文最后给出了实验结果和波形分析。结果表明了该变频调速控制系统具有良好的动静态调速性能，验证了系统设计的有效性和可行性。关键词：DSP、SVPWM、交流异步电机、变频调速ABSTRACTWith the development of power electronic technology,and as wel
3、l as different kinds of new control models and advanced control methods used in motor speed control system，the accuracy of AC motor control system has been significantly improvedTo meet the requirements of highperformance，energy saving and environmental，AC motor converter is gradually replacing DCco
4、nverter in the field of electric drive andplays an important role with its unique advantage The main topic of this paper is to introduce and discuss AC induction motor Ijrequency variable control system，and the corresponding hardware and software design will be mentioned as wellOne solution is to us
5、e motor control chip DSP TMS320LF2407Awith VF and SVPWM control methods to control AC together induction variable control motorequencysystem Amathematical model of inductionmotor and VVVFprinciple are given in this paper；A control circuit with a minimize DSP system as the core and main invertercircu
6、it and signal acquisition circuit are designed here；Make the above Frequency Control Strategy into actualization using C language in the environment of CCS；Meanwhile，in order to achieve the flexibility of the control system，VC+PCcontrol program is also usedThe system can be controlled by a PCvia the
7、 serial port，and the motor running states Canbe displayed on the PC screen；To facilitate themultimotor control andrealize the remote control，the CANbus is also extended Finally,the experimental results and waveform analysis are given in this paperTheresults showed that the VVVF control system has go
8、od speedstatic and dynamic performance，the effectiveness andfeasibility of the designed system is provedKeywords：DSP,SVPWMAC induction motor,VVVF 目录中文摘要1ABSTRACT2第一章 绪论411本课题研究的背景和意义412交流电机变频调速的发展概况4121电力电子技术的发展4122变频调速控制理论的发展5123电机控制芯片的发展613本课题研究的内容7第二章 交流异步电机的数学模型921异步电机的原始数学模型922坐标变换11221从三相到两相的静
9、止坐标变换(3s2s)11222从两相静止到两相旋转的坐标转换(2s2r)1223交流异步电动机在不同坐标系的数学模型13231在两相静止坐标系的数学模型13232在两相旋转坐标系的数学模型1324本章小结14第三章交流异步电机变频调速原理1531 VF控制原理1532电压空间矢量(SVPWM)控制原理16321电压空间矢量的三相功率逆变器16322基本电压空间矢量的形成及作用时间的计算16323用DSP实现SVPWM的两种方案1933本章小结20第四章 变频调速系统的硬件电路设计2141系统硬件结构2142主电路设计21421整流电路21422滤波电路22423逆变电路234231智能功率模
10、块 IPM234232 IPM的选用234233 IPM外围接口电路设计2643信号采集电路设计28431 HCNR200简介29432电压电流采集电路设计2944控制电路设计30441主控芯片TMS320LF2407A介绍30442 DSP最小系统设计31443 DSP外围接口电路设计3445本章小结35第五章变频调速系统的软件设计365.1 系统软件整体设计365 .2 CCS集成开发环境概述3753 系统程序设计及说明385. 3.1 程序工程的建立38532程序说明39533 Q格式说明4054本章小结41第六章实验结果及分析421实验系统图422电压空间矢量波形423死区时间观测43
11、4不同频率的PWM输出波形观测44总结46参考文献47致谢49第一章 绪论11本课题研究的背景和意义 电机调速广泛应用于我们的生活、生产的各个领域中，例如：机床、电动工具、电动机车、机器人、家用电器、计算机驱动器、汽车、轮船、轧钢、造纸和纺织行业等等。据报道，世界上大约有100亿以上各种电机在工作。近年来，我国空调一年的产量就1000多万台，每台都需要电机调速控制，可见电机调速应用市场非常庞大。 电机分为直流电机和交流电机两大类。直流电机由于其便于控制和控制精度比较高的特点，在很长一段时间内被广泛应用，被人们认为难以被其他电机所取代。但随着电力电子技术的发展、各种新型控制器件和先进控制方法的在
12、电机调速系统中的应用，使交流电机控制精度得到极大的提高；另外，由于交流电机，特别是笼型式异步电机具有结构简单牢固、制造成本低廉、运行方便可靠、环境适应能力强以及易于向高电压、高转速和大容量方向发展等优点，过去直流电机占主导地位的调速传动领域将逐渐被交流电机所占领。 另一方面，随着世界经济的不断发展，科学技术的不断提高，环保和能源问题同趋成为人们争论的主题。充分有效地利用能源已成为紧迫的问题。就目前而言，电能是全世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之一，为解决能源问题必须先从电能着手，其中起代表性的就是电机的控制。在发达国家中生产的总电能有一半以上是用于电机的能量转换，这些电机传动系统
13、当中90左右的是交流异步电机。在国内，电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80。并且使用中的电机绝大部分还是中小型异步电机，加之设备的陈旧，管理、控制技术跟不上，所浪费的电能甚多。因此，电机的变频调速控制越来引起人们的重视，同时对变频调速驱动系统也提出了高效率、高精度、高可靠性、多功能、智能化、小型化、低成本等要求。可见，异步电机的变频调速系统的研究具有重要意义。12交流电机变频调速的发展概况 现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展，以及控制理论的完善、各种工具的同渐成熟，尤其是专用集成电路、DSP和FPGA近年来令人瞩目的发展，促进了交流调速的不
14、断发展。目前交流电机变频调速控制己经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。121电力电子技术的发展 电力电子器件是现代交流调速装置的基础，其发展直接决定和影响交流调速的发展。20世纪50年代出现硅晶闸管SCR 60年代出现门级可关断晶闸管GTO 70年代出现巨型晶体管GTR(也称BJlrl和功率场效应晶体管MOSFET 80年代相继出现绝缘栅双极型晶体管IGBT和绝缘栅双极型门控晶闸管 IGCT 90年代出现智能功率模块IPM。 SCR开关器件输出的电压或电流含有大量的谐波，造成电机转矩脉动大，严重影响了调速系统的性能； GTO是高电压大电流全控型功率器件，容
15、量大，但关断能耗大：GTR是电流驱动器件，通态压降低，容量没有GTO大，但功耗大，调制频率不高，噪声大，现趋于淘汰中。 MOSFET是电压型驱动器件，开关频率高，驱动功率小，安全工作区广，但耐压不高： GBT集GTR和MOSFET的优点于一体，是目前变频调速系统和通用变频器中使用最广泛的主流功率器件之一。IPM是先进的混合集成功率器件，由高速低耗的IGBT和优化的门极驱动及保护电路构成，采用了有电流传感器功能的IGBT，能连续监控功率器件电流，从而实现高效的过电流保护。由于IPM集成了过热保护电路和锁定保护电路，系统可靠性得到进一步提高。122变频调速控制理论的发展 一 VF控制 早期变频系统都是采用开环恒压LL(VF=常数)的控制方式，其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高。具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化，转矩响应慢，
