基于tms320f2812的異步電機矢量控制系統
陳順中，談龍成，王秋良
（中國科學院電工研究所，北京100190）
摘要：傳統的矢量控制方法基于異步電機的穩態模型，控制性能受電機的參數影響很大。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，采用了對參數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的轉子磁鏈計算進行了補償和修正，有效地降低參數變化對系統的影響。dsp芯片‘ims320f2812有著強大的運算能力和優良控制性能，基于該芯片的硬件系統很好的實現了控制方案，實驗表明該控制系統精度高，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，而在運行中電機參數變化很大（如轉子電阻****變化可達50 010，極大地影響了控制系統的能。如何消除參數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節，容易產生運算結果的“毛刺”現象；文獻[5]在控制環節中加入了相角閉環來補償由于參數變化引起的轉子磁鏈誤差，但其依據電機的電流模型，在低速時補償效果不佳。
本文根據閉環對參數變化具有抵抗作用，在控制策略中設計了轉速，電流，磁鏈等多個閉環，電壓解耦環節采用了對電機轉子參數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辨識環節，大大降低了電機參數變化對控制系統的影響。采用dsp芯片tms320f2812實現了該矢量控制系統的軟硬件設計，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學模型。
在實際控制中可以引入pi調節器，從而繞開參數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調節引入到解耦電壓項的計算中，不僅保證了高速運行時系統跟隨給定變化的調節能力、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，增強了系統對電機參數變化的抵抗能力。
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。而傳統的觀測器所依據的電機模型方程依賴于電機參數的正確性，受參數變化影響很大。為了解決這個問題很多學者在電機參數在線辨識方面進行了大量的研究工作。這里對傳統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在線辨識，使系統在運行中不受參數變化的影響。
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，磁鏈和轉矩實現完全解耦。但實際運行中，由于電機參數的變化間接導致轉子磁鏈 |
