1异步电机直接转矩控制直接转矩控制（DTC）技术直接将定子磁链和电磁转矩作为控制变量，从而解决了矢量控制计算复杂及对电机参数敏感等问题，提高了整个系统的动态响应速度。通过异步电机的数学建模与磁链分析可知，异步电机的输出电磁转矩取决于定子磁链矢量幅值、转子磁链矢量幅值及两矢量间的电角度，若控制系统的响应时间比足够短就可认为调控过程中转子磁链矢量是近似不变的，再保持定子磁链的幅值不变，则可通过改变定子磁链矢量进行两矢量间电角度实现电机电磁转矩的控制。定子三相坐标系中，忽略异步电机定子电阻的影响后可通过改变定子电压矢量来控制定子磁链矢量，通过改变与异步电机三相定子绕组相连的逆变器功率器件开关状态来改变异步电机的定子电压，进而获得所需的定子磁链。进行异步电机控制时，为使定子磁链幅值保持恒定，通常假设定子磁链矢量参考值的运行轨迹为一圆形，然后设计滞环比较器对其进行控制；同时为了更好地进行电磁转矩控制，也通常设计转矩滞环比较器将输出转矩控制在一定的偏差带内。这样根据历史数据将2个滞环比较器的输出信号与逆变器的输出电压矢量间的对应关系编制成匹配表后，对运行中的异步电机而言只需根据2个滞环比较器的实际输出信号，进行查询即可从匹配表中选择相应的开关电压矢量实现电机控制。2基于DSP的控制系统设计所设计的以DSP为处理核心的异步电机直接转矩控制系统结构如图1所示，控制系统的DSP处理器选用德州仪器（TI）公司的TMS320F2812芯片，其是基于TMS320C2xx内核的32位定点数字信号处理器，为电机及其他工业控制领域提供了良好的平台。2.1硬件设计所设计控制系统的硬件电路主要包括主电路、PWM驱动电路、电源电路、控制和信号调理电路、JTAG接口电路、时钟电路和按键电路，设计时通过ProtelDXP软件对各硬件电路进行绘制，下面仅给出主电路和PWM驱动电路设计图。图1异步电机控制系统结构框图图2控制系统主电路基于DSP的异步电机直接转矩控制研究*刘静1，晏永红1，蔡暘2（1.武昌工学院，武汉430065；2.中国通信建设集团设计院有限公司第三分公司，武汉430022）摘要：鉴于DSP处理器的高速数字处理能力与当前异步电机调速控制的发展情况，设计了基于DSP的异步电机直接转矩控制系统，完成了系统硬件电路与软件算法的开发设计，搭建了电机控制系统调试平台。试验调试结果表明所设计的控制系统具有良好的控制效果。关键词：异步电机；直接转矩控制；DSP；控制系统中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1008－8725（2015）10－0286－02ResearchonDSP-basedDirectTorqueControlofAsynchronousMotorLIUJing1，YANYong-hong1，CAIyang2（1.WuchangInstituteTechnology,Wuhan430065,China;2.ThirdBranchofChinaInternationalTelecommunicationConstructionGroupDesignInstituteCo.,Ltd.,Wuhan430022,China）Abstract:Asynchronousmotorbecauseofitssuperiorperformancewonthewidespreadapplicationinindustrialproduction,theresearchoftheac(alternatingcurrent)controlhasbeentheindustryresearchhotspotanddifficultproblem.InviewofthehighspeeddigitalprocessingcapacityofDSPprocessorandthecurrentdevelopmentsituation,theasynchronousmotorspeedregulationcontroldesignforinductionmotordirecttorquecontrolsystembasedonDSP,finishedthesystemdevelopmentanddesignofhardwarecircuitandsoftwarealgorithm,hassetupaplatformdebuggingmotorcontrolsystem.Experimentaldebuggingresultsshowthatthedesignedcontrolsystemhasgoodcontroleffect.Keywords:asynchronousmotors;directtorquecontrol;DSP;controlsystem煤炭技术CoalTechnologyVol.34No.10Oct.2015第34卷第10期2015年10月*湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目（B2015270）；湖北省高等学校省级教学研究项目（201441）；武昌工学院科学研究项目（重点）（2014KYZ20）；武昌工学院绿色风机制造湖北省协同创新中心（2013XTKY05）doi:10.13301/j.cnki.ct.2015.10.108逆变器驱动电路电压检测电流检测测速保护键盘显示控制电路电源整流器主电路PWM脉冲TMS320F2812JTAG电路MIGBT-P47kΩ12+R2C2KR447kΩR547kΩ47kΩQ5Q2Q1Q4Q3Q6R3+C110μF10μFJP2JP1D6D4D2D3D1D5R12134512ASY-MOTORM286

控制系统主电路如图2所示，以三相工频交流为输入电源，主要包括不可控整流器和可控逆变器。中间连接部分的高容量电容C1和C2用于滤掉高次谐波，电阻R2、R3起平衡电容两端电压的作用，电阻R1在启动时起限流作用。逆变器的6个功率开关器件使用IGBT，它的最高开关频率可以达到40kHz，完全可以满足PWM更新周期20kHz的应用需求。TMS320F2812的6个PWM开关信号通过驱动电路分别连接到6个IGBT的触发端。PWM驱动电路有6个相同的电路如图3所示，主要由富士公司生产的驱动芯片EXB841及其外围电路组成。驱动电路工作过程如下：①正常导通时，EXB841内部光耦及IGBT同时导通，连接6脚的二极管D1导通；②正常关断时，EXB841内部光耦及IGBT关断，集电极和发射极电压迅速上升，连接6脚的二极管D1关断；③导通过程中发生过流时，IGBT会因为电流过大而退饱和，集电极和发射极电压上升很多，连接6脚的二极管D1截止，EXB841内部电路捕捉到6脚上的变化并结合导通状态判断出过流故障，使栅极电位逐步下降，IGBT软关断，同时向5脚发出故障信号，供控制电路检测作进一步保护处理。图3控制系统PWM驱动电路2.2软件设计TMS320F2812为不能直接执行浮点数运算的32位定点DSP，采用TI公司提供的高精度TMS320C28xxIqmath库进行定点数字信号处理器的精确浮点运算，同时为满足高精度与宽范围的要求，在定点运算中变量采用标幺值的形式。C语言编程采用位区定义和寄存器文件结构方法，这种方法在使用上更加灵活，可以有效地提高编程效率。控制系统软件总共包括定子磁链矢量观测器、滞环比较器及PWM模块等11个模块。每个模块的主体均是结构体，结构体成员包含模块所用到的输入变量、输出变量和系数变量及输入到输出操作；每个模块都包含一个头文件和一个C语言文件。下面仅就定子磁链观察器和滞环比较器模块加以说明，其他模块可类比定义。定子磁链矢量观测器模块是用于估算定子磁链矢量幅值和幅角算法模块，其结构体中有定子电流与定子电压在2个轴向的4个输入变量、定子电阻与采样周期2个参数变量、定子磁链在2个轴向的幅值和幅角4个输出变量及1个操作函数。操作函数主要是根据定子磁链的计算方法借助欧拉积分方法根据输入变量和参数变量对输出变量进行计算。电磁转矩滞环比较器与定子磁链矢量幅值滞环比较器模块的控制原理是相同的，只是输出变量的取值范围不同而已。分别将输入变量定义为定子磁链矢量幅值差值及其容差或电磁转矩差值及其容差、输出变量分别用于2种滞环比较器，则分别构成2个滞环比较器模块。3试验调试结果分析通过专门用于DSP开发的CCStudio软件开发平台首先对以TMS320F2812为控制器的DSP控制板与交流电整流和逆变的功率板等单个模块进行调试。调试成功后对整个电机系统进行联调，1200r/min转速以下启动停止过程的转速曲线如图4所示。可见在所设计的DSP直接转矩控制系统作用下电机转速的能够快速地回到设定的转速水平，控制系统具有较高的控制精度高及良好的动态性能。图41200r/min转速以下异步电机的启动停止响应曲线图4结语针对异步电动机应用对其交流调速性能要求越来越高的问题，以TMS320F2812芯片为控制器设计了异步电机控制系统。将直接转矩控制算法应用到TMS320F2812芯片上，通过ProtelDXP软件完成了硬件电路的设计，并基于C语言实现了算法软件。最后通过CCStudio3.1工具对整个系统进行了调试，调试结果表明所设计的DSP电机控制系统具有控制精度高、动态性能好的优点。参考文献：［1］王坚，年晓红，桂卫华，等.新型异步电机无速度传感器控制方法［J］.中国电机工程学报，2008，28（3）：96-101.［2］程启明，王映斐，薛阳，等.采用定子电阻辨识和无速度传感器的异步电机直接转矩控制模糊系统［J］.高电压技术，2012，38（3）：704-711.［3］刘福才，韩会山，陈丽，等.基于DSP的异步电机模糊控制系统编程实现［J］.电机与控制学报，2006，10（1）：18-22.作者简介：刘静（1983-），女，山东威海人，讲师，主要从事电气控制研究，电子信箱：7348776@qq.com.责任编辑：赵勤收稿日期：2014－08－25VCCVCC3.3VR1PortPWM1R45C1Q263R2EXB841D121C5C2++C4R6VR1VoutVinGND12JP1JP2123D2R3R51556142139转速/r·min-100.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05时间/s1400120010008006004002000-200-400第34卷第10期Vol.34No.10基于DSP的异步电机直接转矩控制研究———刘静，等287