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近年来随着电力电子技术、数字控制技术、控制理论的发展,特别是以矢量控制为代表的一些先进控制技术的发明,使交流调速得到越来越广泛的应用。本文就是以矢量控制理论为依据,Microchip公司最新推出的数字信号控制器(DSC)dsPIC30F2010为控制核心,IR公司的智能功率模块(IPM)IRAMS10UP60A为逆变开关器件,构建了异步电动机的矢量控制调速平台。
本论文研究的内容主要包括矢量控制的基本原理和实现方法、控制系统硬件设计、软件设计、虚拟仪器平台设计和样机实验五个部分。
本文首先在异步电动机数学模型的基础上,介绍了矢量控制的基本原理和解耦思想,给出了直接转子磁场定向的矢量控制框图,并用MATLAB对该控制方案进行了仿真,证明了该控制方案理论上的可行性。在硬件设计部分详细介绍了主回路、开关电源电路、系统保护电路、检测电路、控制电路及其它外围电路的设计,并且采取了有效而必要的隔离措施来提高系统的抗干扰能力。在软件设计部分首先讲述了程序的定标和参数的标么化处理,然后详细介绍了主程序和故障中断子程序、PWM中断子程序、接收和发送中断子程序的设计。整个程序采用模块化设计,便于程序的修改和移植。在研究矢量控制的同时,也对当今应用比较广泛的开环V/F控制进行了研究,从而使该控制平台可以工作在开环和闭环两种模式,通过比较两者的实验波形,也能更好地体现出矢量控制的优良性能。本论文中提出了“虚拟仪器”的概念,并用LabVIEW编程实现了矢量控制系统的虚拟仪器平台的设计。通过该平台可以在线修改和显示参数、显示电机定子电流和速度波形,并且程序稍加修改即可实现其他参数的修改和显示,真正体现了“软件就是仪器”的概念。
在论文的最后给出了V/F控制和矢量控制的实验波形,通过实验波形可以看出V/F控制基本达到了变压变频的目的和矢量控制具有的良好动、静态性能。对比虚拟仪器平台和示波器输出的波形,二者的波形也基本吻合,在对输出波形精度要求不高的情况下,虚拟仪器平台完全可以代替示波器输出波形。