矢量控制的基本原理与变频调速系统的硬件电路设计

　　矢量控制的基本理论是在三相交流电动机上模拟直流电动机转矩控制的规律，应用坐标变换Clarke变换把三相交流系统转换为两相交流系统，然后通过Park变换把两相交流系统转换为旋转的直流系统。在转子磁场定向坐标上，将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁分量和产生电磁转矩的转矩分量，并使两分量互相垂直，实现了定子电流励磁分量与转矩分量的解耦，达到对异步电机的磁链和转矩分别控制的目的，从而获得与直流电机调速系统同样优良的静态、动态调速性能。以下是系统硬件电路设计：

　　1、主回路

　　系统采用主回路为电压型的“交-直-交”变频结构，主要由整流电路、滤波电路以及逆变电路组成。为了使主回路结构简单并且便于器件的更换和维修，设计采用了模块化的结构设计方案。

　　2、控制回路

　　由于矢量控制系统的计算量较大，所以控制回路采用DSP芯片TMS320F2808及其外围电路，来实现矢量控制核心算法、相关电压电流的检测处理等功能。

　　(1) 供电电路

　　为了提高控制系统的稳定性和延长器件的使用寿命，设计采用高性能稳压芯片、低压差电压调节器LM1117，为TMS 320F2808提供可靠的供电电源。分别选用3．3 V和1．8 V的固定电压输出芯片为DSP供电，其输出电流可达800 mA，输出电压的精度在±1％以内，并具有电流限制和热保护功能。

　　(2) JTAG仿真调试接口电路

　　为了便于调速系统与上位机相连接，实现仿真器对DSP的访问并进行矢量控制调速程序的仿真与调试，JTAG仿真调试接口电路是变频调速设计中必不可少的。

　　(3) 过、欠压保护电路

　　为了提高系统的可靠性，更好地保护逆变器元件和异步电机，调速系统应设置一套准确的保护措施以防止各种故障的发生。采用直流母线电压的过、欠压保护电路。当检测出的直流母线电压超过或低于预定电压时就会关断所有控制信号，从而起到保护的作用。其中，LM393为双电压比较器。

　　3、系统检测电路

　　检测电路是调速系统的重要组成部分。其作用是将检测到的信号经模／数转换后变成DSP可识别信号，然后经过一定的算法输出各部分电路所需信号，以此来实现预定的功能并为系统和电动机提供必要的保护。因此，检测到的信号是否合理准确，直接关系到整个系统的可靠性和控制精度的好坏。

　　(1) 定子电流检测电路

　　在矢量控制系统中，定子电流的准确度和实时性是影响调速系统控制精度的一个重要因素。采用具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失测量电路的霍尔电流传感器TBC-05SY进行了定子电流检测。

　　(2) 电机转速检测电路

　　电机转速检测的精度也是影响调速系统控制精度和稳定性的重要因素。为了扩大调速范围，改善低速平稳性，要求测速元件低速输出稳定、波纹小、线性度好。通常的测速元件不仅会影响应用电路，而且还会产生电磁干扰。

　　系统软件主要由主程序和中断程序两部分组成：主程序主要完成硬件和各种变量的初始化，并为各个寄存器设置初值；中断程序包括PWM中断程序、各种故障保护中断程序等。
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