三相異步電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其中，給定速度由鍵盤輸入接口電路輸入AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)，速度PI調(diào)節(jié)、電流PI調(diào)節(jié)、磁場(chǎng)位置角和轉(zhuǎn)速反饋量的計(jì)算由TMS320 LF2407A計(jì)算實(shí)現(xiàn)。測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)AT89S52控制系統(tǒng)輸出到液晶顯示單元上實(shí)時(shí)顯示。
假設(shè)電機(jī)定轉(zhuǎn)子三相繞組完全對(duì)稱；定轉(zhuǎn)子表面光滑，無(wú)齒槽效應(yīng)，定轉(zhuǎn)子每相氣隙磁動(dòng)勢(shì)在空間呈正弦分布；磁飽和、渦流及鐵心損耗均忽略不計(jì)，則三相交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程如下：

式中：Lr，Lm分別為轉(zhuǎn)子自感和互感；p是微分算子；isq是定子電流在q軸上的分量；ψrd是轉(zhuǎn)子磁鏈在d軸上的分量。
從式(1)可以看出，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子電流矢量和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以及夾角有關(guān)。因此，要想控制轉(zhuǎn)矩，必須先檢測(cè)和控制磁通。當(dāng)dq坐標(biāo)系在同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)上且靜止坐標(biāo)系中的各交流量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)的直流量時(shí)，使d軸和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向重合，可得到磁場(chǎng)定向控制方程如下：

由式(2)可知，檢測(cè)到定子電流的d軸分量(勵(lì)磁分量)可觀測(cè)出轉(zhuǎn)子磁通幅值；由式(4)可知，當(dāng)ψrd恒定時(shí)，只要控制定子電流的q軸分量(轉(zhuǎn)矩分量)，即可控制電磁轉(zhuǎn)矩。具體工作原理如下：
通過(guò)電流傳感器測(cè)量逆變器輸出的定子電流iA，iB，經(jīng)過(guò)DSP的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并利用ic=-(iA+iB)計(jì)算出ic。電流iA，iB，iC通過(guò)Clarke變換和Park變換得到了dq坐標(biāo)系下的勵(lì)磁反饋電流isd和轉(zhuǎn)矩反饋電流isq，與給定的勵(lì)磁電流isdref和轉(zhuǎn)矩電流isqref的差通過(guò)PI調(diào)節(jié)后，再經(jīng)過(guò)Park逆變換輸出αβ坐標(biāo)下的電壓，DSP利用該電壓生成三相逆變器所需的六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)。實(shí)時(shí)測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)一方面用于與給定速度比較產(chǎn)生isqref，另一方面進(jìn)入電流一位置磁鏈轉(zhuǎn)換模型求出磁鏈的位置，并用于Clarke和Park逆變換。
3．2 程序流程圖
AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)上電后，首先通過(guò)鍵盤輸入接口輸入給定轉(zhuǎn)速，單片機(jī)將給定轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)在雙口RAM中，同時(shí)，給定轉(zhuǎn)速通過(guò)單片機(jī)P0口輸出到液晶顯示單元的驅(qū)動(dòng)控制芯片SED1520，由SED1520驅(qū)動(dòng)OCMJ4X8B-2顯示轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的顯示范圍為O～9 999 r／min，然后通過(guò)鍵盤來(lái)確定是否要對(duì)相關(guān)變量采樣并存儲(chǔ)。該部分程序流程圖如圖4(a)所示。

其次給TMS320LF2407A DSP控制系統(tǒng)上電，運(yùn)行初始化程序完成初始狀態(tài)的設(shè)定(包括對(duì)相關(guān)變量采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等)，DSP控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電樞電流采樣，與給定值進(jìn)行比較，若達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，則循環(huán)運(yùn)行，當(dāng)給定轉(zhuǎn)速改變時(shí)，進(jìn)入中斷處理子程序。主程序流程圖和中斷處理子程序流程圖分別如圖4(b)和圖4(c)所示。