孟祥吉甘克宇

（1.大慶鉆探工程公司鉆井工程服務(wù)公司，吉林 松原 138000， 2.大慶鉆探工程公司鉆井四公司 吉林 松原 138000）

交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的控制策略對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)，往往造成調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能差，調(diào)節(jié)器參數(shù)很難準(zhǔn)確設(shè)計(jì)等諸多弊端。許多專家對(duì)此進(jìn)行潛心研究，2O世紀(jì)7O年代德國西門子公司的F.Blasschke等人提出感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理，在以后的實(shí)踐中不斷改進(jìn)，逐漸形成了矢量控制變壓變頻調(diào)速理論。隨著電子器件的快速發(fā)展，特別是數(shù)字信號(hào)處理器的誕生，該理論逐步進(jìn)入到實(shí)用化階段，現(xiàn)已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案，與傳統(tǒng)的控制方法相比，具有控制精度高、調(diào)速性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。矢量控制的方式主要有2種：轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁通開環(huán)，轉(zhuǎn)速、磁通都閉環(huán)。本系統(tǒng)以TI公司的電機(jī)控制專用芯片TMS32OF24O為核心，采用了轉(zhuǎn)速和磁通都閉環(huán)的矢量控制策略，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)合理，控制精度高，實(shí)現(xiàn)了恒轉(zhuǎn)矩控制且具有很寬的調(diào)速范圍。

本系統(tǒng)采用了VVVF的變頻控制方法，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，廣泛應(yīng)用了PWM控制技術(shù)，該技術(shù)就是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成脈沖列，并通過控制脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓、變頻及控制和消除諧波的目的。

1 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，SVPWM波形的實(shí)時(shí)調(diào)制需要給定參考兩相靜止坐標(biāo)系上的兩個(gè)正交電壓分量 vSαref和 vSβref，直流母線電壓 VDC，以及PWM周期T。

（1）判斷矢量 vSref所處的扇區(qū)通過分析 vSαref／vSβref值與 vSαref和 vSβref的關(guān)系，可得到如下規(guī)律：

則扇區(qū)SECTOR＝A＋2B＋4C

（2）計(jì)算逆變器相鄰兩電壓空間矢量工作導(dǎo)通時(shí)間T1、T2，為方便說明，定義中間變量X、Y、Z

在線性工作區(qū)對(duì)于不同扇區(qū)對(duì)應(yīng)的工作周期T1、T2按表1取值：

在非線性區(qū)飽和情況下的計(jì)算：

其中PWMPRD為周期寄存器的值，在控制程序中該值為1000。

（3）計(jì)算三個(gè)所需的工作周期，表示如下：

根據(jù)扇區(qū)，把正確工作周期（TX）分配給電機(jī)的正確相，即正確的CMPRX。下表2給出了確定方法。

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2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文將控制器輸出通過IGBT模塊直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該電機(jī)為三相交流異步電機(jī)（380 V，30kW），定子線圈采用星型接法，并帶直流發(fā)電機(jī)110V，3kW作為負(fù)載，使用Tektronix記憶示波器TDS340 A（100 MHz），110的探頭。DSP控制板輸出PWM波形和濾波后的電壓波形及帶負(fù)載測(cè)得的電流波形如圖2。

圖2 控制器輸出的PWM波形

結(jié)論

本系統(tǒng)對(duì)交流電機(jī)的變頻調(diào)速控制，開關(guān)頻率高，諧波分量少。控制過程中每執(zhí)行一次采樣調(diào)用一次中斷，在中斷服務(wù)程序中完成信號(hào)采樣、鍵盤掃描和全部的計(jì)算等任務(wù)，在程序等待循環(huán)的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行顯示功能，由于指令周期設(shè)為50ns，使整個(gè)程序完成的時(shí)間不到40μs，這樣大大提高了運(yùn)算效率。與其它單片機(jī)，例如51系列，96系列等比較，在實(shí)現(xiàn)SVPWM控制時(shí)，軟件編寫簡(jiǎn)單，每周期內(nèi)中斷次數(shù)少，實(shí)時(shí)性更好，而CPU的負(fù)擔(dān)也不到40%，這樣CPU可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、功能更全的控制。

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