基于DSP的自动控制系统课程设计-转速闭环异步电动机变频调速系统设计本科毕业论文.docx

自动控制系统课程设计

设计题目： 转速闭环异步电动机变频调速系统设计
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指导教师：
设计时间： 2016.9

摘要
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。
本文先从异步电机的物理模型出发，通过抽象假设给出了理想的异步电机原始数学模型；然后，详述了坐标变换方法，包括从三相到两相的静止坐标变换和从两相静止到两相旋转坐标的变换；最后，通过坐标变换将异步电机原始数学模型变换成便于控制的在不同坐标系的简化数学模型。然后，主要描述了变频调速原理，详述了V/F控制原理和电压空间矢量(SVPWM)控制原理，给出了用DSP实现SVPWM的方案，并给定了对应的SVPWM在一个PWM周期的波形，为异步电机变频调速的软件实现提供了理论依据。

关键字：交流电机、异步电机、原始数学模型、坐标变换、V/F控制原理、电压空间矢量控制原理

目录
摘 要 2
1.概述 4
2.课程设计任务及要求 5
2.1设计任务 5
2.2设计要求 5
2.2.2系统设计 5
2.2.3安装调试部分 5
2.2.4写出课程设计总结报告(要求报告在15页以上，并打印) 5
3.理论设计 6
3.1 方案论证 6
3.1.1交流异步电机的数学模型 6
3.1.2异步电机的原始数学模型 6
3.1.3坐标变换 8
3.1.4交流异步电动机在不同坐标系的数学模型 10
3.2 V／F控制原理 12
3．3电压空间矢量(SVPWM)控制原理 13
3.3.1 基本电压空间矢量的形成及作用时间的计算 13
3.3.2 矢量控制系统原理分析 16
4.矢量控制系统软件设计 17
4.1主程序设计 18
4.2中断服务子程序设计 18
4.3电压空间矢量脉宽调制波形生成 20
5.安装调试 23
5.1系统软件调试 24
5.2系统整机调试 25
6.结论与分析 26
6.1结论 26
6.2实验结果分析 27
7.使用仪器设备清单 27
8.收获、体会和建议 28
9.参考文献 29
附录 30

1.概述
随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显示出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们转向结构简单、运行可靠、便于维护、价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求，于是，从上世纪三十年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢，直到上世纪六七十年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美、相竞争，目前，交流调速已进入逐步替代直流调速的时代。
而变频技术作为高新技术是一门重要的节能和环保技术，在各种工业生产、交通运输、家用电器中应用十分广泛。变频器作为变频技术的产品，在我国工农业等各方面有着极其重要的作用。在目前经济快速发展与能源相对紧缺状况中，普及变频器的应用范围将对振兴经济、节约能源起到不可估量的作用。本课设正是主要运用新型电机控制芯片TMS320F2812DSP 为控制核心，构建了异步电机无速度传感器矢量控制变频调速系统，重点研究了交流变频调速技术和无速度传感器矢量控制技术，并在搭建的实验平台上进行了实验，得到了正确的实验结果。这对推动我国交流调速系统的理论研究、扩大交流调速系统的工业应用起到一定的推动作用，具有比较重要的理论和实际意义。

2.课程设计任务及要求
2.1设计任务
（1）典型控制系统的分析与设计
（2）系统设计调试，以自动控制系统实验室模型为设计对象
（3）控制系统的分析，以自动控制系统实验室模型为设计对象

2.2设计要求
⑴独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行多种方案的论证，确定最佳设计方案。
⑵画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。
2.2.2系统设计
⑴根据理论设计，验证所设计方案的正确性。
⑵分析系统的工作原理，写出报告。
2.2.3安装调试部分
⑴实现所设计的系统，并进行单元测试和系统调试。完成系统功能。
⑵若系统出现故障，排除系统故障，分析并记录系统产生故障的原因，并将此部分内容写在报告中。
2.2.4写出课程设计总结报告(要求报告在15页以上，并打印)

3.理论设计
3.1 方案论证
3.1.1交流异步电机的数学模型
三相交流异步电机是一个多变量、高阶、非线性、强耦合的复杂系统，为了方便对三相交流异步电机进行分析研究，抽象出理想化的电机模型，通常对实际电机作如下假设 ：
1)忽略磁路饱和的影响，认为各绕组的自感和互感都是恒定的。
2)忽略空间谐波，三相定子绕组A、B、C及三项转子绕组a、b、c在空问对称分布，互差120。电角度，且认为磁动势和磁通在空间都是按J下弦规律分布。
3)忽略铁心损耗的影响。
4)忽略温度和频率变化对电机参数的影响。
有了这些假设，实际异步电机可被等效为如图2．1所示的三相异步电机物理模型。图中，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，故定义为三相静止坐标系。设A轴为参考坐标轴，转子绕组轴线a、b、c随转子以∞速度旋转。A轴和转子a轴间的电角度θ即为空间角位移变量

图3-1 异步电机物理模型
3.1.2异步电机的原始数学模型
异步电机的原始数学模型可由以下四组方程表示：
1．电压方程
三相定子绕组的电压方程为：
(3-1)
三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为：
（3-2）
式中uA，uB，uC，ua，ub，uc——定子、转子相电压的瞬时值；
iA，iB，iC，ia，ib，ic——定子、转子相电流的瞬时值；
ψA，ψB，ψC，ψa，ψb，ψc——各绕组的全磁链；
R1 ，R2——定子、转子绕组电阻。
将以上电压方程写成矩阵形式,并以微分算子P代替微分符号d／dt （3-3）
也可以简写为：
U=Ri+pψ (3-4)
2．磁链方程
由于每个绕组的磁链是它本是的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，六个绕组的磁链可以表示为：
(3-5)
也可简写为：
ψ＝Li (3-6)
式中，L是6 x 6的电感矩阵，其中对角线元素是各有关绕组的自感， 其余各项是绕组间的互感。
3．矩阵方程
根据机电能量转换原理，异步电机电磁转矩表达式为：
Te=PnLm1[(iAia+iBib+iCic)sinθ+(iAib+iBic+iCia)sin(θ+120o)+(iAic+iBia+iCib)sin(θ-120o)] (3-7)
4．运动方程
对于恒转矩负载，机电系统的运动方程为：
Te= TL + J/Pn·dω/dt (3-8)
式中：Te，TL—电磁转矩，负载转矩；J—转动惯量；P—电动机极对数。
3.1.3坐标变换
我们知道对异步电机研究控制时，如果能用两相就比用三相简单，如果能用直流控制就比交流控制更方便。为了对三相系统进行简化，就必须对电动机的参考坐标系进行变换，这就叫——坐标变换。坐标变换以产生相同的磁通为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的关系，从而可以建立交流异步电机的直流模型。
在研究电机矢量控制时定义有三种坐标系统，即三相静止坐标系(3s)、两相静止坐标系(2s)和两相旋转坐标系(2r)。对应的坐标变换有：从三相到两相的静止坐标变换(3s／2s)；从两相静止到两相旋转的坐标转换(2s／2r)等。
1.Clarke变换：从三相到两相的静止坐标变换(3s／2s)

图3-2 3s／2s变换
图3-2是A、B、C为三相对称静止绕组，图3-1中A轴与口轴重合，通以三相平衡的J下弦电流，产生合成磁动势F，以同步转速旋转，三相静止坐标系与两相静止坐标系在空间上相差90。，且如果通上时间相差90。的两相交流电，也可以产生相同的磁动势F。由于它们的磁动势和转速都相等，所以可以认为这两种坐标系等效。可以由简单的三角函数关系推导出从三相到两相静止坐标系的变换矩阵：
（3-9）
若为三相平衡系统，uA+ uB+ uC =0，则矩阵的第三行系数为0，于是可写成为
(3-10)
即
(3-11)
变换后的两相电流有效值为三相电流有效值的倍，因此，每相功率为三相绕组每相功率的3/2倍，但相数由原来3变成2，所以变换前后总功率不变。此外变换后的两相绕组每相匝数是原来三相绕组每相匝数的。此变换称为 3／2变换(3s／2s变换)。
2. Park变换:从两相静止到两相旋转的坐标转换(2s／2r)
在两相静止坐标α—β和两相旋转坐标d—q之间的变换简称为2s／2r变换。
如图3—3所示，α—β为两相静止坐标系(2s)，d—q为两相旋转坐标系(2r)。dq绕组在空间相互垂直放置，分别加上直流电压Ud和Uq，产生合成磁动势F，其位置相对于绕组来说是静止的。如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速ω1旋转，则磁动势自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。如果磁动势的大小与两相静止坐标系下的磁动势大小相等，那么这个旋转的直流绕组也就和交流绕组等效了。当观察者站在铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，d和q是两个通以直流而且相互垂直的静止绕组，如果控制磁通的位置在d轴上，就相当于直流电机物理模型了。这时，绕组d相当于励磁绕组，q绕组相当于静止的电枢绕 组。d—q和α—β轴的夹角θ是一个变量，随着负载、转速而变。
其变换矩阵为
（3-12）
其逆变换矩阵为
（3-13）

图3-3 2s／2r变换

3.1.4交流异步电动机在不同坐标系的数学模型
1.在两相静止坐标系的数学模型
三相异步电机的数学模型经3s／2s变换后在两相静止坐标系α—β上的数学模型为：
1．电压方程
（3-14）
2．磁链方程
（3-15）
3．转矩方程
（3-16）
4．运动方程
（3-17）
式中：
Ls Lr —定子、转子—相的自感；
Rs Rr —定子、转子—相的电阻；
Lm—定转子绕组的互感；
ω—转子角频率。
2. 在两相旋转坐标系的数学模型
设坐标轴dq的旋转速度等于定子频率的同步角转速ω1，而转子的转速为ω，则dq轴相对于转子的角转速为ωs=ω1一ω，即为转差。将三相异步电机在αβ坐标系上的数学模型经2s／2r变换后，得到在两相同步旋转坐标系d—q上的数学模型为：
1．电压方程
（3-18）
2．磁链方程
（3-19）
3．转矩方程
（3-20）
4．运动方程
（3-21）
3.2 V／F控制原理
由电机学理论，交流异步电机的定子绕组的感应电动势是定子绕组切割旋转磁场磁力线的结果，其有效值计算如下：
E=KfΦ (3-22)
式中K一与电机结构有关的常数；Φ一磁通。
而在电源一侧，电源电压的平衡方程式为：
U=E+Ir+jIx (3-23)
该式表示，加在电机绕组端的电源电压U，一部分产生感应电动势E，另一部分消耗在阻抗(线圈电阻r和漏电感x)上。其中定子电流I分成两部分：少部分I1用于建立主磁场磁通Φ，大部分I2用于产生电磁力带动机械负载。
I= I1+ I2 (3-24)
当交流异步电机进行变频调速时，例如频率f下降，则由式(3—22)可知E 降低；在电源电压U不变的情况下，根据式(3—23)，定子电流I将增加；此时，如果外负载不变时，I2不变，I的增加将使I1增加，也就是使磁通量Φ增加；根据式(3—22)，Φ的增加又使E增加，达到一个新的平衡点。
理论上这种新的平衡对机械特性影响不大。但实际上，由于电机的磁通容量与电机的铁心大小有关，通常在设计时已达到最大容量。因此当磁通量增加时，将产生磁饱和，造成实际磁通量增加不上去，产生电流波形畸变，削弱电磁力矩，影响机械特性。
为解决机械特性下降的问题，一种解决方案是设法保持磁通量恒定不变。即设法满足：
E／f=KΦ=常数 (3-25)
这就要求，当电机调速改变电源频率f时，E也应该相应的变化，来维持它们的比值不变。但实际上E的大小无法进行控制。由于定子电阻上产生的压降相对于加在绕组端的电源电压U很小，可以用加在绕组端的电源电压U来近似代替E。调节电压U，使跟其随频率f的变化，从而达到使磁通量恒定的目的。即
E／f≈U／f=常数 (3-26)
所以，在变频的同时也需要变压。
我们采用电源电压U近似代替E显然存在一定误差。当频率f的数值相对较高时，定子阻抗压降在电压U中所占比例相对较小，U≈E所产生的误差较小；当频率f的数值降的较低时，电压也按同比例下降，而定子阻抗的压降并不按同比例下降，使定子阻抗压降在电压U中所占比例增大，U≈E将产生较大误差。
因为定子阻抗压降所占比重增大，使得实际上产生的感应电动势E减小，E／f的比值减小，造成磁通量Φ减小，因而导致电机的临界转矩下降。必须采取相应的补偿措施—U/f转矩补偿法。
U/f转矩补偿法的原理：针对频率f降低时，电源电压U成比例的降低引起的U下降过低，采用适当提高电压U的方法来保持磁通Φ恒定，使电机转矩回升，即所谓的转矩提升(Torqueboost)。
当频率高于额定频率时，为了避免电机绕组绝缘破坏的情况发生，电源电压不能超过电机的额定电压值，这样可得压频控制原理图如图3—1所示：

图3-4 恒压频比控制原理图
3．3电压空间矢量(SVPWM)控制原理
空间矢量PWM的英文全称是Space Vector PWM，简写成SVPWM或SVM。它是从电机角度出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场。SVPWM控制用逆变器不同的开关模式产生实际磁通去逼近基准磁通圆，不但能达到较高的控制性能，而且由于它把逆变器和电机看作一个整体处理，使所得模型简单，便于数字化实现，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点。
3.3.1 基本电压空间矢量的形成及作用时间的计算
根据三相电压型逆变器电路可以得出逆变桥输出的线电压矢量[Vab、Vbc 、Vca]t 、相电压矢量[Va、Vb 、Vc]t和开关变量矢量[a b c]t之间的关系可以用式(3．27)和式(3．28)表示，式中Vdc是电压型逆变器的直流供电电压，或称直流母线电压和总线电压。
(3.27)
(3.28)
上式中，由于开关变量矢量[a b c ]t有8个不同的组合值(a、b或c只能取0或1)，即逆变桥上半部分3个功率管的开关状态有8种不同的组合，故其输出的相电压和线电压也有8中对应的组合。
为了在DSP的编程中计算方便，需要利用电机的坐标轴系变换理论进行坐标转换，即将线电压和相电压在三相平面坐标系中的值，转换到αβ平面直角坐标系中，在两个坐标系之问转换时须遵循电机总功率不变的原则。其转换公式为(3．29)所示。
（3.29）
由于逆变桥中，功率管开关状态的组合一共只有8个，则对应于开关变量矢量[a b c]t在αβ坐标系中的Vsα、Vsβ也只有有限种组合。他们的对应关系同样如表3—1所示。
为了便于运用，将逆变器的八种开关状态所对应的八个基本电压空间矢量，分别用U0 、U1、U2 、U3 、U4 、U5 、U6 、U7 表示，其中U0 、U7为零矢量位于中心，另外六个非零矢量幅值相等，且相邻两个非零矢量之间的夹角为60°，八个基本电压空际矢量的位置和大小见图3—5所示。

图3-5 基本的电压空间矢量与开关状态示意图
空间矢量PWM的目的是，通过与基本的空间矢量对应的开关状态的组合，得到一个给定的定子参考电压矢量Uref。参考电压矢量Uref阿用其αβ轴分量Uα和Uβ表示。图3—5表示参考电压矢量Uref和与之对应的αβ轴分量Uα和Uβ 以及基本空间矢量Ul和Um的对应关系(其中Ul和Um是任意两个相邻的基本空间矢量)。

图3-6 电压空间矢量分解图
图3—6中参考电压矢量Uref耐位于被基本空间矢量Ul和Um所包围的扇区内， 因此Uref可以用Ul和Um两个矢量来表示。于是有：
（3.30）
式中，Tl和Tm分别是在周期时间T内基本空间矢量Ul和Um各自的作用时间；To是0矢量的作用时间。将上式分别在α，β轴投影得：
（3.31）
基本空间矢量的幅值是Vdc即Ul=Um=Vdc代入式(3．31)可得矢量作用时间：
（3.32）

3.3.2 矢量控制系统原理分析
按转子磁链定向实现了定子电流两个分量的解耦，同时采用电流闭环控制，可抑制电流的微分方程中存在的交叉耦合。如图3.7，首先在转子磁链定向坐标系中计算定子电流励磁分量和转矩分量给定值和，经过反旋转变换2r/2s得到和，再经过2s/3s变换得到、和，然后通过电流闭环跟随控制，输出异步电动机所需的三相定子电流。忽略变频器可能产生的滞后，认为电流跟随控制的近似传递函数为1，且2/3变换与电动机内部的3/2变换环节抵消，反旋转变换2r/2s与电动机内部的旋转变换2s/2r抵消，则虚线内可用直线代替。

图3-7异步电动机矢量控制系统的原理框图

通过对三相异步电动机矢量控制调速原理的分析，可以建立一个完整的矢量控制变频调速系统。矢量控制的原理框图如图3.8所示，图中为电压空间矢量(SVPWM)控制系统。

图3-8 电压空间矢量(SVPWM)控制系统

据图3-8可知，首先通过测速环节（FBS）测得电动机的转速，并与速度参考输入相比较，送给转速PI调节器（ASR），ASR限幅输出后得到电磁转矩的给定输入（参考信号的转矩分量）；与计算出的实际转矩相比较，偏差送给转矩PI调节器（ATR），ATR限幅输出后得到信号。同样（参考信号的磁场分量）与计算磁通相比较后，偏差送给磁通PI调节器（）, 限幅输出后得到信号。和经过Park逆变换和Clarke逆变换后送入电流滞环控制器，产生6路PWM信号驱动逆变器，精确地控制电机的运行。图中转子磁链的位置由转子磁链观测模块计算得出。外环速度环产生了定子电流的参考值，内环电流环得到实际控制信号，共同组成完整的速度---电流双闭环控制系统。

4.矢量控制系统软件设计
整个系统软件设计采用模块化设计思想，系统软件分为两个模块，即主程序模块和中断服务子程序模块。
4.1主程序设计
本设计中，主程序模块主要包括系统初始化和DSP与PC机通信两部分。其中初始化部分包括系统配置初始化、中断初始化、各个矢量控制算法模块的初始化、各个寄存器置初值、运算过程中使用的各个变量分配地址和设置相应的初值等，其程序流程图如图4-1所示。当开启定时器中断后，主程序就负责循环读取PC机传送过来的转速和磁通给定量，在循环的过程中等带中断当系统出现故障时，程序禁止PWM口输出SVPWM波，同时将故障情况通过串口传送给PC机显示出来。
4.2中断服务子程序设计
中断服务子程序在每次定时计数器T1下溢事件发生后，都将从主程序的等待循环中唤醒执行。当T1下溢中断标志位被置位且CPU响应中断后，与其对应的中断服务子程序就将被执行。中断服务子程序执行时，转速和磁通的给定从主程序中读取，程序运行的最终目的是为了使给定频率与逆变器的SVPWM波形输出频率一致，从而达到三相异步电动机变频调速的目的，其流程图如图4-2所示。

图4-1矢量控制系统主程序流程图

图4-2 T1下溢中断服务子程序流程图

4.3电压空间矢量脉宽调制波形生成
TMS320F2812A 为电机控制设计了专门的PWM硬件电路，如图4-3所示，图中列出的是TMS320F2812A的事件管理模块EVA的PWM电路结构框图，由通用定时器1的计数器T1CON产生比较匹配信号。
设置比较寄存器 COMCONA[12]=0，不用硬件PWM； COMCONA[9]=1 ，PWM 1/2/3/4/5/6 ,由相应的比较逻辑驱动。
设置定时控制寄存器 T1CON[11-12]=01，采用连续增/减计数，当定时计数器的值与比较寄存器的值相等，就会在两个比较单元的两个 PWM 引脚上产生跳变，生成 PWM 波。
设置比较操作寄存器ACTRA=0x0666，比较输出时，高/低有效。
图4-3 PWM电路结构框图

本文采用SVPWM法，即采用软件生成SVPWM。本文前面章节已经讲述了SVPWM的基本原理，由SVPWM的原理可知DSP实现SVPWM算法的关键是如何确定和的作用时间和以及零矢量（或）的作用时间。

图4-4电压空间矢量的线性组合

依据图4-4中电压空间矢量的线性组合可知：
（4-1）
其中是一个换相周期，根据三角形的正弦定理，有
（4-2）

（4-3）
由上面的两个式子可得
（4-4）
（4-5）
（4-6）
确定位于哪个扇区是非常重要的，只有知道了位于哪个扇区才知道应该用哪一对矢量去合成。确定所在扇区的方法如下。
首先由Park逆变换得到和，它们分别对应着在坐标系中的投影和，然后用式（4-7）、式（4-8）、式（4-9）确定、和。
（4-7）
（4-8）
（4-9）

再用下式计算P值，
（4-10）
其中，是符号函数，如果>0，=1；如果<0，=0。然后根据表4.1即可确定扇区号。

表4.1 P值与扇区号的对应关系表
计算出扇区号和、、后就可以对CMPRX(X=1，2，3)寄存器赋值，赋值后，当定时器1的计数器累加到等于CMPRX的值时，就会改变空间矢量对应的控制信号，输出PWM波形。

图4-5 PWM波形图
因为CMPR1、CMPR2和CMPR3比较值分别对应a、b、c三相的导通时刻，相应的CMPR1中写入0.25，CMPR2中写入0.25+0.5，CMPR3中写入0.25+0.5+0.5，定时器的计数值一一与CMPRX匹配，就会输出图4-5所示的波形。通过DSP处理器实现变频调速的SVPWM控制流程图如图4-6所示。

图4-6 DSP实现电压空间矢量SVPWM的程序流程图
5.安装调试
对三相异步电动机变频调速系统的硬件连线和软件设计后，就可以在实验装置上进行实验研究。
实验装置上可以进行三相异步电动机的U/F开环、矢量控制等变频调速实验。三相异步电动机开环调速系统虽然没有双闭环矢量控制系统那样良好的静态和动态性能，但是它结构简单、成本低，在对动态性能要求不高但能耗较大的调速场合中仍然大量应用。
在实验研究时，采用由简单到复杂的研究步骤，先研究开环系统，再研究闭环系统。整套装置如图5-1所示，该实验装置包括eMCP1000N主控挂箱、三相异步电动机、DSP硬件仿真器、PC机、交流电源、示波器等设备。

图5-1变频调速系统实验台
系统的调试包括硬件调试、软件调试与整机调试。因为实验室为我们准备了完好的eMCP1000N主控挂箱，不需要硬件调试，只需要进行软件调试和整机调试即可。
5.1系统软件调试
系统软件调试是在DSP集成开发软件CCS 6.1.3环境下进行的，调试环境如图5-2所示。
调试时，单步执行初始化程序部分，通过寄存器观察窗口观看所对应的寄存器内容；通过在中断子程序中设置断点可以检查所设中断是否正常发生，这是程序的关键所在。完成程序主体调试后，用示波器观测事件管理器A的PWM1~PWM6引脚输出波形。

图5-2 软件调试环境
5.2系统整机调试
DSP产生6路SVPWM波后，从PWM1~PWM6引脚输出，其中PWM1和PWM2分别控制A相上下桥臂的导通和关断。用示波器的两个通道同时观测PWM1和PWM2的输出控制波形，如图5-3所示。从图中可以看出二者幅值相等，相位相反，二者的波形之间有死区时间。在每个PWM周期内，PWM波的占空比随着CMPR1寄存器的比较值变化而变化。

图5-3 PWM1和PWM2引脚的输出信号波形

6.结论与分析
6.1结论
本文对基于DSP的三相异步电动机变频调速系统进行了研究和设计。论文完成了以下研究内容：
（1） 采用矢量控制思想，将三相异步电动机变频调速系统等效成直流调速系统进行研究，用类似于设计双闭环直流调速系统的工程设计方法，设计出了转速、磁链双闭环矢量控制变频调速系统原理图。
（2） 对三相异步电动机矢量控制变频调速系统进行了软件设计与调试。软件内容包括转速与电流检测、坐标变换、转子磁链位置计算、电流与速度PI调节以及电压空间矢量SVPWM波形生成等模块。
（3） 在基于TMS320F2812A DSP的三相异步电动机变频调速实验台上，进行了三相异步电动机U/F开环和双闭环变频调速实验。
6.2实验结果分析
本文对基频以下的变频调速情况进行了研究。实验时，三相异步电动机以直流发电机为负载，电动机与发电机同轴。
U/F开环实验时，在不同给定频率下，测量电动机的稳态转速值，电动机在额定负载下运行。系统稳态误差随着电动机转速的降低而增大。在高速段，定子绕组的漏磁阻抗压降很小，加上SVPWM控制时的采样频率很高，电动机磁链矢量的运动轨迹非常接近圆形，所以控制精度较高。在低速段，定子绕组的漏磁阻抗压降所占比例增大，SVPWM控制时的精度变低。给定频率很小时，电动机定子电压随之减小，导致电机低频时带负载能力减弱，电机转差率增大，实测转速值与理论转速值之间差距增大，控制精度较低。
矢量控制实验时，三相异步电动机变频调速系统具有良好的稳态和动态性能，其调速性能可以与直流电机相媲美。因此，矢量控制在低速和高速段都有较高的控制精度，如图5-4和图5-5所示。

图5-4低速段，电流与转速启动时波形 图5-5高速段，电流与转速启动波形
7.使用仪器设备清单
运动控制系统实验台eMCP1000N、 TMS320F2812DSP芯片、示波器、三相交流电源、三相异步电动机、直流测功机。

8.收获、体会和建议
通过本次课设了解到DSP在实际应用中的重要意义，同时对DSP的软件和硬件结构都有了深入的了解，更加深了自己的动手能力和自己的C语言编程能力。通过不断的出现错误和改正错误，自己对ccs程序和DSP各模块链接愈发熟练。在学习过程中，发现理论和实际操作差距很大，而且其中连贯性很困难，启发自己以后学习知识不能只停留在书本层次，更要在实际操作中锻炼自己，掌握实际本领是最重要部分。另一点学到的知识，如果我们想学明白一样技能，一定要自己找到资源，例如网络课程、例程等，自学能力十分重要。我们不能只局限于老师布置的范围内，一定要适当在自己的能力范围内拓展，才能学懂一样技能。
从团体角度上，这次实验更加加深了同学之间合作的默契，而且不同的同学的不同优点在整个实验过程中，得到充分的发挥和利用。这也为将来的合作能力和团队的协调统一能力打下基础。另外，在克服试验中的困难时，队友之间的鼓励和协助起了很大的作用，再一次展现了团队的力量是伟大的。
在实验的后期阶段，我得到了另一个启发。尽管试验后期时间上不够充裕，但是一定不能慌张，不能让自己过于着急。踏踏实实才能学好东西，才能冷静分析问题，准确的抓住并改正自己的错误所在。而且不能因为此时的困难而气馁或对接下来的进程失去信心，要把握好自己的节奏，从头开始捋清思路，认真是最重要的前提。
课程设计的整个过程中，我们也再次加深了对电机传动这门课的理解，对变频调速的实际编程操作更是让我们学会了对书本上的知识的灵活运用，真正的理论和实际的结合是十分有难度的，必须对书本知识的融会贯通加上不断地尝试才可能使实验效果达到满意。总之，本次课程设计让我学到了很多实际的知识和技术，也让我感觉到未来发展和实际结合的压力。启示我应该继续注重自己的实践能力，将更多的时间投放在理论和实际结合的部分，以后需要更加努力，才能有更好地发展。
9.参考文献
1. 张月芹 基于TMS320F2812的无速度传感器矢量控制变频调速系统的研究 2008
2. 周业 基于TMS320F2812的异步电机空间矢量控制系统的研究 2014
3. 陈龙 基于DSP的异步电动机变频调速系统的设计与实验研究 2007
4. 杨勇 基于DSP的SVPWM矢量控制变频调速系统的研究 2006
5. 谭国俊 基于DSP的异步电动机SVPWM变频调速系统的设计 2009
6.钱晓龙，闫士杰 电气传动控制技术[M] 2014

附录
#include "DSP281x_Device.h"
signed int SINTAB[512] = {
0, 402, 804, 1206, 1607, 2009, 2410, 2811, 3211, 3611, 4011, 4409, 4808, 5205, 5602, 5997,
6392, 6786, 7179, 7571, 7961, 8351, 8739, 9126, 9512, 9896, 10278, 10659, 11039, 11416, 11793, 12167,
12539, 12910, 13278, 13645, 14010, 14372, 14732, 15090, 15446, 15800, 16151, 16499, 16846, 17189, 17530, 17869,
18204, 18537, 18868, 19195, 19519, 19841, 20159, 20475, 20787, 21097, 21403, 21706, 22005, 22301, 22594, 22884,
23170, 23453, 23732, 24007, 24279, 24547, 24812, 25073, 25330, 25583, 25832, 26077, 26319, 26557, 26790, 27020,
27245, 27466, 27684, 27897, 28106, 28310, 28511, 28707, 28898, 29086, 29269, 29447, 29621, 29791, 29956, 30117,
30273, 30425, 30572, 30714, 30852, 30985, 31114, 31237, 31357, 31471, 31581, 31685, 31785, 31881, 31971, 32057,
32138, 32214, 32285, 32351, 32413, 32469, 32521, 32568, 32610, 32647, 32679, 32706, 32728, 32745, 32758, 32765,
32767, 32765, 32758, 32745, 32728, 32706, 32679, 32647, 32610, 32568, 32521, 32469, 32413, 32351, 32285, 32214,
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30273, 30117, 29956, 29791, 29621, 29447, 29269, 29086, 28898, 28707, 28511, 28310, 28106, 27897, 27684, 27466,
27245, 27020, 26790, 26557, 26319, 26077, 25832, 25583, 25330, 25073, 24812, 24547, 24279, 24007, 23732, 23453,
23170, 22884, 22594, 22301, 22005, 21706, 21403, 21097, 20787, 20475, 20159, 19841, 19519, 19195, 18868, 18537,
18204, 17869, 17530, 17189, 16846, 16499, 16151, 15800, 15446, 15090, 14732, 14372, 14010, 13645, 13278, 12910,
12539, 12167, 11793, 11416, 11039, 10659, 10278, 9896, 9512, 9126, 8739, 8351, 7961, 7571, 7179, 6786,
6392, 599