江苏师范大学本科生毕业设计 异步电机矢量控制系统设计
?i???cos???????i????sin??sin???id??? （2-35） ?cos????iq??电压及磁链的旋转变换矩阵和电流旋转变换矩阵相同。
2.3 异步电机按转子磁链定向的矢量控制系统
按转子磁链定向的矢量控制的基本思想是：通过坐标变换，在按转子磁链定向的同步旋转的正交坐标系中，得出等效的直流电机的模型。模仿直流电机的控制方法去控制电磁转矩和磁链，然后把转子磁链的定向坐标系里得到的控制量通过反变换得到三相坐标系里的对应量，用以实现控制。因为变换的矢量，所以这种变换称为矢量变换，其相应控制系统称为矢量控制系统。
在三相坐标系上，定子交流电iA、iB、iC，通过3/2变换可以等效为静止两相正交坐标系上的交流电流is?和is?，再进行与转子磁链同步的旋转变换，就可以等效为旋转同步正交坐标系中的直流电流ism和ist。这样用ism和ist作为输入的电动机模型就是直流电机等效模型。如图2-7
图2-7 异步电机矢量变换及等效的直流电机模型
如果采用转子磁链定向则仅实现了电子电流两个分量的解耦，而电流微分方程里依然存在交叉耦合和非线性。若采用电流闭环控制，那么可以有效地抑制，实际电流能快速跟随给定值。如图2-8。
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图2-8 矢量控制系统结构原理图
采用电流闭环控制之后，转子磁链为稳定的惯性环节，此时转子磁链可以采用闭环控制也可以使用开环控制；而转速环节存在积分环节，是不稳定结构，需要加转速外环控制，使其稳定。
本文采用的方法为：将检测到的三相电流（实际只需两相电流）实施3/2变换，再施以旋转变换得到mt坐标系下的电流ism和ist；使用PI调节软件构成电流闭环控制，电流调节器输出为给定定子电压usm和ust，经反旋转变换，得两相静止坐标系的给定定子电压值us?和us?。再经过SVPWM控制的逆变器输出三相电压，如图2-9。
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图2-9 三相电流闭环控制的矢量控制系统结构图
2.3.1 转子磁链计算
按转子磁链定向的矢量控制系统控制的关键是?的准确定向，即需要获得
r转子磁链矢量的空间位置。此外，在构成转子磁链的反馈及转矩控制的时候，转
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子磁链的幅值也是不可缺少的信息。对转子磁链进行直接检测比较困难，现实中大多采用按模型计算的方法解决。在计算模型中，由于主要测量的信号的不同，分为电流模型和电压模型两种。
电流模型的计算有实际测量的三相定子电流进行3/2变换得到两相静止正交坐标系上的电流is?和is?，然后利用??坐标系内的数学模型计算转子磁链在两坐标轴上的分量。
??r???1Trs?11Trs?1?Li?Lims???Tr???Tr?r??? （2-36）
r?ms?r?利用直角坐标到极坐标的变换，得出转子磁链矢量幅值和空间位置，由于矢量变换中采用的?的正弦和余弦函数，所以有
???sin????cos???r?2r???2r?r?rr?r （2-37）
电压模型的计算是根据电压方程内感应电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分即得磁链。这种模型称为电压模型。
其表达式为
?L?????dt????uRi?Li??? （2-38） L???L??????u??Ri?dt??Li?????L?r?rsssssmrrsssssm在本系统中，采用的是混合型的转子磁链模型。由电压模型和电流模型组合而成。其工作方式为：低速运行，系统采用电低流模型来计算转子磁链；高速运行，系统采用电压模型计算转子的磁链。而界定高低速运行的临界线为电机额定
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转速的10%。低于额定转速的10%认定为低速运行，高于10%认定为高速运行。
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3 基于DSP芯片TMS320F2812的矢量控制系统设计
在系统的设计中，为减少强电系统引起的强磁和噪音对系统的影响，系统的硬件功能划分为弱电和强电两部分。中间通过光电耦合及不同的接口单元对不同的控制策略和功率容量进行了分划和组合。系统的硬件部分模块化。
图3-1 系统原理总图
系统的强电主电路采用的是交-直交的电压型变频电路。系统主电路的工作流程为：首先将从电玩引出的三相电流经过不可控整流电路整流得到直流电，然后经滤波电容组滤波，得到平滑的直流电。输入IPM智能功率模块所组成的逆变单元，得到系统所要求的输送给异步电机的三相交流电。
弱电部分：以TMS320LF2812DSP芯片为主体的核心控制电流，光电耦合隔离电路，光电旋转编码器测速电路，滤波采样电路，外设、保护模块电路。
系统还有开关电源电路等辅助电路，另外，键盘控制及上位机通信电路与上述强电和弱电部分仪器构成异步电机矢量控制系统。
如图3-1所示，本设计所采用的系统是一个有电压、电流和速度反馈环构成的闭环控制系统，DSP控制器将各个采样电路采样到的各项电压、电流数据进行A/D转换，并运用矢量控制算法等一系列操作，最终DSP产生的PWM信号送
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