基于TMS320F2808的感應電機直接轉矩控制系統的數字化實現 基于TMS320F2808的感應電機直接轉矩控制系統的數字化實現霍俊東,等基于TMS320F2808的感應電機直接轉矩控制系統的數字化實現:xx210220霍俊東1,任一峰1,趙敏2(1.中?大學,太原030051;2.?京茨浮測控技術研究所,?京101101)摘要:介紹了直接轉矩控制的基本原?,給出了以TMS320F2808為核心的異步電機直接轉矩控制系統的設計方案和軟件實現,進而對直接轉矩控制系統進?了實驗。 同時,磁鏈觀測和轉速PI的積分的離散化為軟件程序設計帶來了很大的方?。 實驗波形表明,系統具有良好的動靜態性能,所提方案是可?的。 關鍵詞:直接轉矩控制;TMS320F2808;感應電機:TM346;TP273文獻標志碼:A:100126848 (xx)09xx7203TheDigitalR ealizationofDirectTorqueControlSyste mforInduction MotorBasedonTM S320F2808HUO Jun2dong1,REN Yi2feng1,ZHAOM in2(1.North Universityof China,Taiyuan030051,China;2.Academy ofBeijing ServoTechnology,Beijing101101,China)Abstract:The paperintroduced theprinciple ofdirect torquecontro,l gavethe softwaredesign ofthe directtorquecontrol systemfor asynchronousmotorbased onTMS320F2808.The discretizationof integrationforthe fluxand thePI ofspeed wasgiven conveniencefor programdesign.The resultshows thatthe systemhavegood staticand dynamicperformances,and thescheme isfeasible.K eyWords:Direct torquecontro;l TMS320F2808;Induction motor0引言隨著控制?論、電?電子技術的迅速發展,交流調速技術也得到了飛躍性的發展。 直接轉矩控制技術,是繼矢?控制技術之后出現的又一種交流電機高性能調速技術。 直接轉矩控制系統以其簡單的控制思想、簡潔的系統結構、快速的轉矩響應、優良的靜動態性能得以迅速發展。 在直接轉矩控制中需要進?大?的運算,對整個系統的實時性和快速性要求較高。 本文采用TMS320F2808作為控制器1。 1直接轉矩控制的基本思想直接轉矩控制(DTC)的基本思想是在準確觀測定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準確計算負載轉矩的條件下,通過控制電動機的瞬時輸入電壓來控制電機定子磁鏈的瞬時旋轉速度,來改變它對轉子的瞬時轉差率,達到直接控制電機輸出的目的223。 在DTC中,通過park變換,使我們可以在A-B兩相靜止坐標系下分析感應電機的數學模型。 根據U-I模型,可得到定子磁鏈和電磁轉矩,然后經過轉矩和磁鏈滯環,與給定值進?比較,利用查表得到的PWM逆變信號,直接控制主回?逆變器的開關狀態,從而實時地控制電機的轉矩。 2直接轉矩控制的數字化實現本系統通過U-I電壓模型來觀測定子磁鏈4U=Q(u s-i sR s)dt (1)其中,積分的時間為采樣周期T s。 在DSP中需要對式 (1)進?離散化U(k+1)=(u s-i sR s)*T s+U(k) (2)忽略定子電流對磁鏈的影響可得U(k+1)=u*s T s+U(k) (3)該算法中需要給定定子磁鏈的幅值,因此給定值的選取至關重要,其推導如下5:三相感應電機定子每相繞組的感應電勢為#77#xx?第43卷第9期E l=4144f1N1K N1U m (4)其中f1為定子供電電源頻率,N1K N1為定子繞組等效匝數,U m為每極氣隙磁通?。 定子每相磁鏈的幅值為U s-phase UN1K N1U m (5)根據電機學?論,可知U s=32U s-phase U32N1K N1U m=32E14144f1 (6)由式 (6)可得在220V,50H z供電時定子磁鏈的幅值U s約為1Wb。 電磁轉矩的計算式:T e=32Pn(U Ai B-U Bi A) (7)其中,P n是電機的極對數。 轉矩的給定值是轉速的PI調節器給出的,比較給定速度n1與實測轉速n,通過PI調節得到轉矩的給定值,使形成一個閉環控制系統。 給定速度就是希望達到的轉速。 為了避免產生超調,采用分離表達式:T=K p(n1-n)+qK iQ(n1-n)dt (8)q表示為:q=0n1-ne01n1-ne0 (9)其中e0為n1和n差值的限定值。 當差值大于e0時,也就是速度偏差比較大時,此時q=0,去掉了積分環節,因此輸出轉矩?會立刻變很大;當差值大于e0時,q=1,比例和積分一起作用于系統。 將式 (8)利用梯形逼近法離散化可得:T(k)=K pe(k)+qK iT se(k)+e(k-1) (10)其中e(k)=n1(k)-n(k),e(k-1)=n1(k-1)-n(k)將式 (1)和式 (8)中的積分離散化,為直接轉矩程序的設計帶來了很大的?捷。 3系統的軟件設計軟件設計是系統的核心部分,在此系統軟件程序的執?過程中,須完成速度的采集,直流母線電壓的采集,三相定子電流的采集及其處?,定子磁鏈的滯環模塊,轉矩的滯環模塊,轉速PI的調節,電壓矢?開關表的建立,最后輸出最為合適的電壓矢?627。 此執?過程要在一個采樣周期內完成,該系統的采樣周期Ts為011ms。 直接轉矩控制算法的DSP程序結構大致分為兩部分:主程序和中斷服務程序。 其中主程序主要完成對系統的初始化,全局變?的定義,子函數的聲明,相應中斷的開啟,定時器T0的設置及循環等待等工作,主程序流程圖見圖1。 圖1主程序流程圖中斷服務程序包括定時器T0中斷程序和TZ中斷服務程序。 系統初始化后,進入中斷等待,?定時器T0產生下溢中斷,進入中斷服務子程序執?直接轉矩控制算法。 首先,轉換上一次啟動AD時測?的兩相電流、直流母線電壓,之后要對測得的電壓和電流進?3-2變換,讀取eQEP單元檢測到的速度值。 然后根據式 (3)、式 (7)、式 (10)分別得到定子磁鏈、電磁轉矩、轉矩給定值。 判斷磁鏈差值和轉矩差值是否超過設定的容差,通過滯環比較單元輸出所需的開關狀態,?新PWM信號。 之后返回至主程序的中斷等待狀態。 當硬件電?檢測到過流,過壓時進入TZ中斷服務程序,立即封鎖PWM信號的輸出,其作用是保護電?,以免損壞器件,造成損失。 定時器T0中斷服務子程序流程圖如圖2所示:圖2中斷服務程序流程圖4實驗結果實驗對象為一臺550W,4極的三相鼠籠式感應電機,定子Y型連接,額定電壓為380V,額定電流為116A,額定轉速n=1400r/min,定子電阻R s=2138。 在聯機調試的過程發現,當電機定子磁鏈給#78#基于TMS320F2808的感應電機直接轉矩控制系統的數字化實現霍俊東,等定值為1Wb時,電機的抖動比較大,分析其原因是直接轉矩控制中開關頻率?恒定,f50H z,通過?斷的調試參數,當給定磁鏈值為0175Wb是電機較平穩的運?。 通過反復的實驗還發現,定子電流對磁鏈還是有一定的影響,考慮上定子電流,磁鏈的脈動較小,因此定子磁鏈的觀測還是用式 (2)?為精確。 由圖3,圖4可知,定子磁鏈在啟動很短時間內就達到給定值0175Wb左右,定子磁鏈軌跡為圓形,說明對定子磁鏈的控制效果?錯達到了預期的效果。 由圖5,圖6可知,轉速大約在012s達到給定的轉速600r/min,且平穩運?;同時電機以很大的轉矩啟動(這?我們對轉矩在軟件上做了限幅處?),且當轉速達到給定參考轉速后,輸出轉矩開始減小且逐漸達到給定負載轉矩值。 由圖7可以看出,定子兩相電流較接近正弦波,且保持較好的相位關系。 實驗結果表明,該系統具有良好的動靜態性能。 5結語實驗結果表明該系統對電機參數的依賴性小且有著良好的穩態性能和動態性能,?于實現全數字控制。 下一步的工作就是利用模型參考自適應(MARS)實現轉速的辨識,最終實現無速度傳感器異步電機直接轉矩控制的變頻調速。 參考文獻1蘇奎峰.TMS320x28xxx原?與開發M.?京:電子工業出版社,xx.2謝寶昌.電機的DSP控制技術及其應用M.?京:?京航空航天大學出版社,xx.3李夙.異步電機直接轉矩控制M.?京:機械工業出版社,1999.4陳伯時.電?拖動自動控制系統M.?京:機械工業出版社,xx.5