基于tms320f2812的異步電機矢量控制系統(tǒng)
陳順中，談龍成，王秋良
（中國科學院電工研究所，北京100190）
摘要：傳統(tǒng)的矢量控制方法基于異步電機的穩(wěn)態(tài)模型，控制性能受電機的參數(shù)影響很大。文章結合異步電機的特性和要求在控制策略中設計了轉速，電流，磁鏈等多個閉環(huán)，采用了對參數(shù)依賴性很小的偏差電壓解耦方式，并結合電機的電壓模型和電流模型對傳統(tǒng)的轉子磁鏈計算進行了補償和修正，有效地降低參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。dsp芯片‘ims320f2812有著強大的運算能力和優(yōu)良控制性能，基于該芯片的硬件系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了控制方案，實驗表明該控制系統(tǒng)精度高，實時性和動響應都較好。
關鍵詞：偏差電壓解耦；矢量控制；轉子磁鏈；tms320f2812
中圖分類號：tm343; tp273 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)03-0060-04
0引 言
矢量控制算法中大量使用了電機參數(shù)，而在運行中電機參數(shù)變化很大（如轉子電阻****變化可達50 010，極大地影響了控制系統(tǒng)的能。如何消除參數(shù)的變化對控制性能造成的影響成為矢量控制中的一傘重要課題。為了解決這一問題，很多學者在電機參數(shù)在線辨識方面做了大量的工作。文獻[1-4]介紹了幾種常見的電機參數(shù)在線辨識方法，主要有擴張卡爾曼濾波法( ekf)、模型參考自適應法( mrac)、神經元網絡法(ann)等等，但這些方法算法復雜，需要大量實時計算，而且很多都包含了微分運算環(huán)節(jié)，容易產生運算結果的“毛刺”現(xiàn)象；文獻[5]在控制環(huán)節(jié)中加入了相角閉環(huán)來補償由于參數(shù)變化引起的轉子磁鏈誤差，但其依據(jù)電機的電流模型，在低速時補償效果不佳。
本文根據(jù)閉環(huán)對參數(shù)變化具有抵抗作用，在控制策略中設計了轉速，電流，磁鏈等多個閉環(huán)，電壓解耦環(huán)節(jié)采用了對電機轉子參數(shù)依賴性很小的偏差解耦方式，并且結合了電機的電壓模型和電流模型對控制中的核心變量（轉子磁鏈）進行了補償和修正。從而繞過復雜的參數(shù)辨識環(huán)節(jié)，大大降低了電機參數(shù)變化對控制系統(tǒng)的影響。采用dsp芯片tms320f2812實現(xiàn)了該矢量控制系統(tǒng)的軟硬件設計，取得了較好的實驗結果。
1 轉子磁場直接定向矢量控制原理
矢量控制有定子磁場，氣隙磁場和轉子磁場三種磁場定向方式，這里采用轉子磁場定向，可以實現(xiàn)對定子電流的轉矩分量和勵磁務量的解耦。通過3/2變換和旋轉變換可以得到異步電機在以轉基于tms320f2812的異步電機矢量控制系統(tǒng)陳順中，等子磁鏈為d軸，與之垂直且超前n/2方向為g軸的旋轉坐標下的數(shù)學模型。
在實際控制中可以引入pi調節(jié)器，從而繞開參數(shù)對電流進行有效控制。具體算法如下：
但從式(1)和式(2)可以看出d軸和g軸間存在耦合。要消除交叉耦合量的影響必須對d、g軸電壓進行解耦。目前，學者共提出三種解耦方法：反饋解耦、前饋解耦、偏差解耦。本文采用偏差解耦的方法，通過電流給定信號與反饋信號的差值進行pi調解來生成耦合量：
將pi調節(jié)引入到解耦電壓項的計算中，不僅保證了高速運行時系統(tǒng)跟隨給定變化的調節(jié)能力、快速響應給定的變化，更重要是在電機運行中，轉子電阻和轉子電感的變化非常大，偏差解耦避開了這兩個參數(shù)，增強了系統(tǒng)對電機參數(shù)變化的抵抗能力。
2對轉子磁鏈計算與控制的改迸
在矢量控制中轉子磁鏈職和磁場定向角日；都是實際值，然而這兩個量都是難以直接測量的，因而只能采用觀測值或模型計算。而傳統(tǒng)的觀測器所依據(jù)的電機模型方程依賴于電機參數(shù)的正確性，受參數(shù)變化影響很大。為了解決這個問題很多學者在電機參數(shù)在線辨識方面進行了大量的研究工作。這里對傳統(tǒng)的轉子磁鏈計算和控制進行改進，提出一種新的轉子控制方法從而繞過參數(shù)在線辨識，使系統(tǒng)在運行中不受參數(shù)變化的影響。
如圖1所示，在理想電機模型中，我們令d軸與轉子磁鏈完全重合，磁鏈和轉矩實現(xiàn)完全解耦。但實際運行中，由于電機參數(shù)的變化間接導致轉子磁鏈 |
