基于DSP的异步电机变频调速系统研究
【摘 要】结合交流电机调速控制原理详细分析了控制系统的架构，以及完成相关硬件电路的设计。在了解电压空间矢量控制技术基本原理之后提出了SVPWM矢量控制的实现方法。然后完成了基于DSP的异步电机SVPWM变频调速系统控制算法软件设计，分析了软件的设计和中断过程。试验结果表明了该控制系统能够实现SVPWM变频调速，测得的实验波形充分说明了SVPWM矢量控制系统实现的可行性和有效性。
【关键词】DSP SVPWM 控制算法
引言
伴随着电子技术、信息技术和自动控制技术等领域的不断研究和发展，研究开发一种简单而又实用的高性能交流电机调速装置具有重要现实意义。本论文是以空间电压矢量hao de 控制（SVPWM）的基本原理为基础，结合TI公司生产的TMS320F2812 DSP芯片，搭建一个异步电机的变频调速控制系统平台。
一、系统架构
本控制系统平台输入为220V/50Hz的电网交流电，经0～250V的自耦变压器调压控制，通过整流滤波之后可得到0～380V的可调直流电压，然后经过TMS320F2812DSP芯片产生的SVPWM控制信号经隔离、放大而对逆变器开关进行控制，最后产生异步电机变频调速所需要的空间矢量脉冲电压，最终实现异步电机的SVPWM变频调速控制。控制系统硬件连接如下所示：
系统主电路是实现功率变换的主要执行电路，它主要包括整流电路、滤波电路、逆变电路。
整流电路的主要功能是实现将电网中的交流电经过整流后得到直流电，最后提供给逆变电路和控制路。由于采用整流元器件的差异，整流电路的形式也有多种。本系统采用的是由二极管组成的不可控整流桥整流电路，因为二极管不具有开关功能，整流桥的输出电压值取决于输入电源电压的幅值。在本系统中公网交流电经过空气开关和快速熔断器，经过由二极管组成的桥式整流电路整流之后，最后转变成直流脉动电压。
有与整流电路为了减少经整流桥输出的直流电压的脉动，在整流桥的输出端接以大电容进行滤波，以保持电压的大小的基本恒定，使最后进入逆变器的母线为直流电。在直流回路中可以串联了一个兼具平波和保护作用的电感。本系统中滤波电容采用两只耐压较低的电解电容串联，并加以电阻组成均压电路。
逆变电路选用智能功率模块。IPM集GTR的低饱和电压特性和MOSFET的高频开关特性于一体，是目前变频系统和通用变频器中最广泛使用的主流功率器件。智能功率模块（IPM）它不但提供一定的功率输出能力，而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断等功能。
检测电路是用来检测和实时监控系统工作状态，并将各部分工作状况经过转换处理后反馈给F2812 DSP芯片。同时，DSP主控制芯片将按照预定算法进行处理后，然后为各检测电路输出控制信号或保护信号，以实现控制输出和保护系统及电动机。本系统的检测电路分为电流检测、电压检测和转速检测。检测信号通过外围电路的接口接到DSP外围接口电路，并由DSP芯片处理检测。
二、实验结果
当系统硬件电路搭建完成之后，对各部分电路依次上电，上电顺序为电机驱动模块、调压器输出和DSP控制模块。整个系统的软件编译、调试过程时在CCS3.3软件中完成的，最后将编译好的工程文件中的.out文件通过仿真器连接下载到DSP控制板上，最后点击运行程序。
通过以上实验数据分析可知，SVPWM控制方法对异步电机具有很好的变频调速效果。当设定某一目标调速频率时，我们看到输出波形逐渐变化，同时异步电机的转速不断提高，很快达到恒定速度之后，输出波形不在发生变化。当我们改变目标频率时，输出波形立即逐渐发生改变，异步电机的速度也发生明显的变化。在整个调速过程中，控制系统能够快速的对输入频率的改变迅速响应，同时在电机调速过程中运行非常稳定。
三、结束语
本文研究的重点是基于DSP的异步电机SVPWM变频调速系统。主控芯片采用的是TI公司推出的电机专用控制芯片TMS320F2812 DSP，结合SVPWM矢量控制系统的控制算法，通过软硬件结合的方法实现了电压空间矢量控制算法在三相异步交流电机变频调速中的实现。本系统控制实现了基于DSP的异步电机SVPWM变频调速控制，控制系统运行的结果达到了预期设计的效果，同时，测得的实验数据更加体现出了SVPWM矢量控制策略实现的可行性和有效性，为异步电机的SVPWM变频调速控制系统在实际中运用打下了良好的基础。
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作者简介：
李威（1988.11-），陕西省西安市，硕士研究生，专业：交通信息工程及控制。