張偉，黨存祿，劉媛，楊建

交流異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制技術(shù)是上世紀70年代迅速發(fā)展起來的一種新型控制技術(shù)，它通過矢量的坐標變換使交流異步電動機獲得如同直流電動機一樣良好的動靜態(tài)調(diào)速特性。由于交流異步電動機是非線性、強耦合、多變量的時變參數(shù)系統(tǒng)，對其進行控制較為復(fù)雜，通過普通的單片機難以實現(xiàn)較好的實時性和快速性控制的效果。隨著數(shù)字信號處理器(DSP)的推出，全面數(shù)字化的交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。TMS320LF2407A是TI公司專為電機控制設(shè)計的高性能、低價位的定點DSP芯片，以16位定點CPU為內(nèi)核，配置了較完備的外圍設(shè)備，形成了真正的單芯片控制器。為了有效管理多任務(wù)并滿足系統(tǒng)的實時性要求，需要使用嵌入式實時操作系統(tǒng)。μc／OS-Ⅱ是一個源代碼開放的實時操作系統(tǒng)，具有可剝奪實時內(nèi)核、可移植性強、多任務(wù)、執(zhí)行時間可確定性等特點。

1 矢量控制系統(tǒng)的基本原理

交流異步電動機的矢量控制系統(tǒng)是按磁場定向的矢量控制系統(tǒng)。其基本思想是模擬直流電動機控制，在遵循磁勢和功率不變的原則下，利用坐標變換將交流電動機的三相系統(tǒng)等效為直流電動機的兩相系統(tǒng)，經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)變換，實現(xiàn)對定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達到分別控制交流異步電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的目的。

1.1 矢量坐標變換

Clarke變換是將三相平而坐標系OABC向兩相平面直角坐標系Oαβ的轉(zhuǎn)換。其變換和逆變換矩陣分別為：

Park變換是將兩相靜止直角坐標系Oαβ向兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標系OMT的轉(zhuǎn)換。其變換和逆變換矩陣分別為：

式中，φS為M軸與α軸的夾角。

1.2 轉(zhuǎn)子磁鏈位置的計算

交流異步電動機的轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)速不等于轉(zhuǎn)予磁鏈轉(zhuǎn)速，因此，不能通過佗置傳感器或速度傳感器直接檢測到交流異步電動機的轉(zhuǎn)子磁鏈位置，而需要在OMT坐標系中，通過對電動機的電流模型得出：

進行離散化處理，得到下式：

式中，K為常數(shù)327.68。

由式(7)、(8)、(9)即可求出轉(zhuǎn)子磁鏈的位置θ。

1.3 矢量控制系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)是采用轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)，原理圖如圖1所示。

通過霍爾傳感器測量智能功率模塊(IPM)輸出的定子電流iA、iB，經(jīng)過DSP的A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并利用式iC=-(iA+iB)計算出iC。通過Clarke變換和Park變換將電流iA、iB、iC變換成旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流分量iM、iT，iM、iT作為電流環(huán)的負反饋量。利用1024線的增量式編碼器測量電動機的機械轉(zhuǎn)角位移，并將其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速n。轉(zhuǎn)速n作為速度環(huán)的負反饋量。由于交流異步電動機的轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速不同步，所以用電流一磁鏈位置轉(zhuǎn)換模塊求出轉(zhuǎn)子磁鏈位置，用于參與Park變換和逆變換的計算。

給定轉(zhuǎn)速n*與轉(zhuǎn)速反饋量n的偏差，經(jīng)過速度PI調(diào)節(jié)器輸出用于轉(zhuǎn)矩控制的電流T軸參考分量iT*。iT*和iM*(設(shè)為零值)與電流反饋量iT、iM偏差經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器，分別輸出M、T旋轉(zhuǎn)坐標系的相電壓分量VM*、VT*。VM*、VT*再通過Park逆變換轉(zhuǎn)換成α、β直角坐標系的定子相電壓欠量的分量Vα*、Vβ*。當定子相電壓矢量的分量Vα*、Vβ*和其所在的扇區(qū)數(shù)已知時，就可以利用電壓空間矢量SVPWM技術(shù)，產(chǎn)生PWM控制信號來控制智能功率模塊6個橋臂的通斷。

以上過程可以采用軟件實現(xiàn)，從而對交流異步電動機實施全數(shù)字實時控制。