基于DSP的空間電壓矢量控制在變頻調(diào)速器上的應(yīng)用

　　由上述原理出發(fā)，要有效控制電機(jī)磁鏈軌跡，必須解決三個問題：

　?。?）如何選擇電壓矢量；

　?。?）如何確定每個電壓矢量的作用時間；

　?。?）如何確定每個電壓矢量的作用次序。

　　第一個問題，可以選擇各扇區(qū)相鄰的基本電

　　對于第三個問題，各扇區(qū)內(nèi)電壓矢量的作用次序要保證任意一次電壓矢量的變化只能有一個橋臂的開關(guān)動作，并盡可能的使開關(guān)次數(shù)少。電壓矢量的作用次序如表圓所示，每次矢量變換只有一個橋臂動作，每個PWM 波都是以零矢量u0a 開始和結(jié)束，零矢量u0b 放在中間，電動機(jī)正反轉(zhuǎn)時，每個扇區(qū)的兩個相鄰基本矢量選擇順序不變，也就是說電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)只與扇區(qū)的順序有關(guān)。

　　乘加運(yùn)算可以求出當(dāng)前相位和當(dāng)前輸出頻率f 對應(yīng)的兩個基本矢量的作用時間t1、t2，再通過查表確定矢量的作用次序。

　　3 基于TMS320LF2407A的七段式SVPWM實(shí)現(xiàn)

　　TMS320LF2407A 是TI 公司專為電機(jī)控制而推出的專用控制芯片，運(yùn)行頻率可達(dá)到40 MHz，提高了控制器的實(shí)時控制能力。芯片內(nèi)集成兩個事件處理模塊EVA和EVB，非常方便生成PWM的對稱和非對稱波形，具有硬件快速保護(hù)引腳PDPINTx和可編程的死區(qū)控制單元。片內(nèi)有32 kB的FLASH 程序存儲器，2 KB 字的單口RAM，544B 的雙口DARAM，此外2407A集成了加密功能，有效地保護(hù)了程序的安全。采用TMS320LF240A生成對稱的SVPWM 非常方便且精度高。

　　TMS320LF2407A內(nèi)部集成了SVPWM脈沖調(diào)制波生成電路，但它采用的是五段式SVPWM 脈寬調(diào)制方式，電機(jī)在低速時會出現(xiàn)不平穩(wěn)現(xiàn)象。本文采用軟件法生成對稱七段式SVPWM 調(diào)制波，如圖6 所示。采用最優(yōu)SVPWM算法，并對全頻段進(jìn)行了精確死區(qū)補(bǔ)償，有效地提高了對電機(jī)的控制精度。

　　在TMS320LF2407A 的事件管理器EVA 中，有三個16 位帶影子寄存器的實(shí)時比較寄存器，比較寄存器的加載可以設(shè)置成定時器的值為零時；一個16 位定時器可設(shè)置為連續(xù)增減計數(shù)，并在初始化時根據(jù)設(shè)置的載波頻率來設(shè)置定時器的周期值；在初始化時還要設(shè)置引腳PWM1、3、5 高有效，PWM2、4、6 低有效。在定時器中斷服務(wù)程序里只需根據(jù)SVPWM 優(yōu)化算法計算三個比較寄存器的值，簡化了的流程圖如圖7所示。

　　變頻調(diào)速器輸出線電壓波形如圖8所示。

　　變頻調(diào)速器在低頻時輸出的電流波形如圖9，程序中采用了SVPWM 優(yōu)化算法，輸出電流正弦度較高；并在死區(qū)補(bǔ)償程序里采用間接電流極性判斷法，實(shí)時對PWM 值進(jìn)行補(bǔ)償控制，使電機(jī)實(shí)際電壓與期望電壓基本吻合，在補(bǔ)償切換時偏差不超過0.4 V，在低頻段實(shí)現(xiàn)了精確的速度控制。在每個載波周期的中斷程序里需要根據(jù)電流極性對PWM進(jìn)行正補(bǔ)償或負(fù)補(bǔ)償，電流極性的判斷至關(guān)重要，如果對電流極性判斷錯誤將引起誤補(bǔ)償。簡單的根據(jù)電流傳感器判斷電流極性，在低頻時很容易出錯，因為在低頻輕載時，容易發(fā)生零電流箝位現(xiàn)象，電流發(fā)生畸變。采用間接電流極性判斷法將輸出電流傳感器瞬時值通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（M 軸與電壓矢量重合，T 軸逆時針旋轉(zhuǎn)90毅），這樣交流電流就轉(zhuǎn)換成直流量，濾波處理后通過簡單的計算就可求出電流矢量與電壓矢量的相對角度及幅值，再通過查表或計算就可確定補(bǔ)償量（與死區(qū)時間、二極管壓降、IGBT壓降有關(guān)）及補(bǔ)償方向。

　　4 結(jié)語

　　SVPWM 控制輸出電壓比正弦波調(diào)制提高15% ， 提高了電源電壓利用率， 采用TMS320LF2407A實(shí)現(xiàn)SVPWM優(yōu)化控制，實(shí)時性好。風(fēng)光變頻調(diào)速器經(jīng)過多年的發(fā)展，其控制算法不斷優(yōu)化，功能不斷完善，實(shí)際應(yīng)用中得到廣大用戶的好評，在冶金、電力、煤礦、發(fā)酵等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并在2007年被評為國家名牌產(chǎn)品。