基于DSP的矢量控制变频调速系统设计

摘要：利用TI公司的数字信号处理芯片TMS320F2808强大的运算能力和快速实时处理能力，解决了矢量控制的复杂控制算法难以实现的问题，完成了矢量控制变频调速系统的硬件及软件设计。实验结果表明，本系统具有良好的稳定性、动态特性，以及快速的故障处理功能。
关键词：矢量控制；异步电机；TMS320F2808

引言
矢量控制(vector control)是在20世纪70年代出现的一种高性能的控制技术，其提高了交流调速系统的静态和动态性能。矢量控制具有调速范围宽、转矩响应快等特点，但是其涉及众多的异步电机参数，需要复杂的旋转变换计算。随着电力电子器件及计算机技术的迅猛发展，各种高性能芯片的问世解决了高性能矢量控制方法繁琐的运算问题，使矢量控制技术得到了更广泛的应用与发展。
本文根据矢量控制的基本原理，采用TI公司具有强大运算能力和快速实时处理能力的数字处理芯片TMS320F2808作为控制芯片，设计了一个全数字化矢量控制硬件系统，并给出了保护电路、电流检测电路、转速检测电路，以及部分程序流程。

1 矢量控制基本原理
矢量控制的基本理论是在三相交流电动机上模拟直流电动机转矩控制的规律，应用坐标变换Clarke变换把三相交流系统转换为两相交流系统，然后通过Park变换把两相交流系统转换为旋转的直流系统。在转子磁场定向坐标上，将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁分量和产生电磁转矩的转矩分量，并使两分量互相垂直，实现了定子电流励磁分量与转矩分量的解耦，达到对异步电机的磁链和转矩分别控制的目的，从而获得与直流电机调速系统同样优良的静态、动态调速性能。其基本原理如图1所示。

2 系统硬件电路设计
2．1 主回路
本系统采用主回路为电压型的“交-直-交”变频结构，主要由整流电路、滤波电路以及逆变电路组成。为了使主回路结构简单并且便于器件的更换和维修，本设计采用了模块化的结构设计方案。图2为基于TMS320F2808的异步电机矢量控制系统的结构框图。