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,以公司的电机专用控制芯片DSP2407为控制核心,采用控制和空间电压矢量脉宽调制相结合的控制方法,实现了对交流异步电机变频调速控制。

在传统PID控制系统的基础上，针对电机起动存在超调、动态稳定慢及精度低等问题，基于三相异步电机调速系统采用PID控制技术与模糊控制相结合的模糊自适应PID控制法，对其进行系统研究并与传统PID控制系统进行比较。然后在电机起动到稳态的情况下进行仿真，仿真结果表明，相比单独使用PID控制器，采用模糊自适应PID控制系统的调速系统控制性能更好。

关键词： DSP 交流异步电机 自适应

1.3主要研究内容

本课题的主要研究内容如下：

（1）通过阅读大量的参考文献，分析基于DSP的交流异步电机控制系统的发展现状；

（2）建立交流异步电机的数学模型；

（3）以DSP2407为核心，搭建电机控制系统，并分析系统间各部分的关系；

（4）研究交流异步电机自适应控制算法，并在MATLAB中完成算法的仿真；

 基于DSP的电机控制系统的设计

3.1 DSP2407简介

1、基本结构：

包括：哈佛结构，流水线操作，专用的硬件乘法器，特殊的DSP指令；这些特点再加上集成电路的优化设计使得DSP的指令周期能够在50ns以下，实现其快速性。

2、主要用途：

 a、交流伺服电动机、直流水磁电动机和开关磁阻电动机的鲁棒控制器的设计；

 b、由于转矩纹波的减少，从而使运行更加安静和有效，从而实现低功耗、低振动和长寿命；

 c、在实时多项式计算中，内在查表的减少，可以降低系统的成本；

 d、与控制算法处理一起完成电源开关转换的控制；

3、相关参数

通过把一个高性能的DSP内核和微处理器的片内外设即成为一个芯片的方案，2407 DSP 成为传统的为控制单元（MCU）和昂贵的多片设计的一种廉价的替代产品。

2407 系列DSP是16位微控制器，处理速度30MIPS，其新款2407 A的处理速度为40MIPS；具有高可靠性和可编程性，其源代码与目标代码都与24X同代产品兼容，源代码与C2X兼容，并能够与C5X向上兼容。

LF2407 DSP利用16位的字长和32位的寄存器来存储中间结果，并且有2个硬件移位寄存器独立的计数；这样可以减少量化或者截断误差，以提高附加功能的处理能力。

4、数字和混合信号的外设

CAN(Controller Area Network)，即控制器区域网；

串行通信接口（SCI）和16位串行外部设备接口（SPI）;

模数转换器（ADC）；

系统保护，例如低电压保护和看门狗定时器；

5、特点和资源配置

LF2407 DSP具有TMS320系列DSP的基本功能之外，还有其自身特点：

采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功率损耗；30MIPS的执行速度是的指令周期缩短到3.3ns（30MHZ）,从而提高控制器的实时控制能力；

基于TMS320C2XX DSP的CPU内核保证了TMS320LF2407DSP代码和TMS320系列DSP代码兼容；

片内有高达32K字×16位的Flash程序存储器；高达2.5K×16位的数据/程序RAM；2K字的单口RAM；

SPI/SCI引导ROM;

两个事件管理模块EVA和EVB，每个均包括如下资源：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制通道（PWM），可以实现三相反相器控制、PWM的中心或边缘校正、当外部引脚PDPINTX出现低电平时快速关闭PWM通道；防止击穿故障的可编程的PWM死去控制；对外部事件进行定时捕获的3个捕获单元；片内光电编码器接口电路；16通道的同步ADC转换器。

可扩展的外部存储器：具有192K×16位空间，分别为64K字程序存储空间，64K字的数据存储空间和64K字的I/O存储空间；

看门狗（WD）定时器模块；

10位的ADC转换器，其特性为：最小转换时间为500ns，8个多路复用的输入通道、可选择两个事件管理器来触发两个8通道输入ADC转换器；

基于锁相环（PLL）的时钟发生器；

高达41个可单独编程或复用的通用输入输出引脚（GPIO）；

5个外部中断（两个驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）；

电源管理，具有3种低功耗模式，能够独立的将外围器件转入低功耗工作模式；

3.1 交流异步电机控制系统的组成

直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。交流异步电机转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。