基于DSP28335的一种矢量控制系统

发布日期：2017-11-21 来源：《智能机器人》5期作者：王志阳浏览次数：27403

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【摘　要】：本文介绍了基于TI公司推出的用于电机控制的TMS320F28335数字信号处理器（DSP）实现一种矢量控制系统的方法。首先叙述了矢量控制基本原理，然后描述空间矢量PWM（SVPWM）的基本原理，再介绍了TI公司的数字信号处理器（DSP）TMS320F28335实现矢量控制系统的方法。

关键字：矢量控制；SVPWM；TMS320F28335；DSP

1 引言

现代控制理论的发展应用促进多种控制系统的诞生，并解决了传统反馈控制理论所不能解决的控制问题，例如取得重要突破的矢量控制系统、直接转矩控制系统、变结构控制系统、自适应控制系统和智能控制系统等^[1]。

随着近年来计算机技术和电力电子工业技术的迅速发展，交流调速系统正广泛应用于工业生产的各个领域，在节能、高精度控制和实现高速驱动方面取得了非常良好的效果。交流调速系统中，脉宽调制（PWM）是不可缺少的一个环节，它优化变流器的输出特性。基于不同的目的，产生了很多调制方法，其中应用最广泛的就是正弦脉宽调制（SPWM）技术和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）技术。与SPWM方法相比，SVPWM方法具有电压谐波小，直流电压利用率高，电动机的动态响应快，减少电动机的转矩脉动，易于实现数字化等显著的有点，从而使SVPWM方法的实际应用越来越广泛。

数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）是指一类具有专门为完成数字信号处理任务而优化设计的系统体系结构、硬件和软件资源的单片可编程处理器件。TMS320F28335DSP是TI公司推出的一款浮点型数字信号处理器。它在已有的DSP平台上增加了浮点运算内核，既保持了原有的DSP芯片的优点，又能够执行复杂的浮点运算，可以节省代码执行时间和存储空间，具有精度高、成本低、功耗小、外设集成度高，数据及程序存储量大和AD转换更精确快速等优点，是更加优秀的嵌入式工业应用软件^[2]。

2 矢量控制基本原理

矢量控制系统是采用参数重构和状态重构的现代控制概念，实现电机定子电流的励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而使交流电机能像直流电机一样分别对其励磁分量和转矩分量进行独立控制。这一控制思想给高性能的交流电机调速技术奠定了理论基础。

磁场定向矢量控制是交流调速的重要控制理论，该系统是德国Siemens著名的F．Blaschke博士等人在20世纪70年代提出，转子磁场定向矢量控制的具体过程为：首先，进行坐标变换将电机的定子交流电流由abc三相坐标变换为两相静止电磁转矩内部结构模型坐标轴上的交流电流，再经过旋转变换，获得空间上正交的直流电流^[3]。接下来对转子磁链进行观测，转子磁链定向后将交流电动机的定子电流矢量分解为励磁与转矩的电流分量，当完成坐标变换后进行电流的解耦，仿照直流电动机的控制策略，控制电流分量的幅值和相位，坐标反变换后，实现对牵引电机磁场及转矩的控制目的。

矢量控制基本方程主要对定子电流和转子电流进行坐标变换，求出磁链分量和转矩分量，必须要对电动机的数学模型进行分析。电动机在两相旋转坐标系MT下的转子磁通数学模型如下：

通过计算，矢量控制最终就是将定子电流进行分解，并完成对电磁转矩解耦，定子磁链解耦的控制。

3 SVPWM原理

SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形^[5]。逆变电路如图2示。