基于DSP的变频调速系统控制软件开

1、 毕业设计(论文)开题报告题 目 基于DSP的变频调速系统控制软件开发 系： 电气与信息工程系 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2008年4月7日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

2、文 献 综 述在电机调速系统中，传统的直流调速曾以其优良的调速性能不仅没有退出电机控制这一领域，而且还起着相当重要的作用。在新技术、新工艺和新技术的不断出现和发展的情况下，交流电机调速控制技术却日新月异的发展，尤其在恶劣环境中正不断地代替传统的直流电机调速控制系统。在交流电机中交流感应电机的调速控制技术发展非常迅速，如矢量变换控制、空间矢量控制、直接转矩控制和变频调控制等。矢量变换控制系统。矢量变换控制系统称为磁场定向控制，就是经过一系统列矢量控制，将感应电机数学模型变换至正交的旋转坐标系统中，并对各物理量的幅值和相位实现解耦控制。在1971年德国学者FBlascheke提出的矢量变换控制方法中，正交旋转坐标系统的直轴为励磁轴与转子磁场重合，交轴为转矩轴，转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩方程得到简化，即在磁场恒定的情况下，电磁转矩与交轴电流分量成正比，因此，感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样，实现磁场与转矩的解耦控制。转差频率矢量控制系统。感应电机稳态运行时存在转差率，而转差率对感应电机的性能有很大影响，转差率越小效率越高，控制感应电机转差率或转子的转差率就能高效率地控

3、制感应电机。转差频率矢量控制系统是对传统矢量控制系统的简化，人们采用忽略转子磁链幅值的动态变化，认为转子磁链是稳定的，这样在转子磁场定向坐标系统中，定子电流的直轴分量可以确定，而交轴分量可以由电磁转矩表达式确定。因为当转差率很小时，电磁转矩与转差率成正比关系。当感应电机进行调速控制时，利用给定速度信号与实际速度值的差，由速度调节器确定感应电机的电磁转矩及相应的转差率，进一步可知转差率的大小，只要控制转差频率就可以很好地控制感应电机调速。直接转矩控制系统。直接转矩控制系统是在20世纪80年代中期提出的新的交流电机控制理论。直接转矩控制是在定子坐标系统中计算磁通和电磁转矩的大小和位置角，通过磁通幅值和转矩的直接跟踪来实现高性能动态控制。由于磁链的幅值限制在较小的误差范围内，对转矩控制性能不会有大的影响，因此直接转矩控制方法对电机参数变化不敏感，与转子参数无关；同时，由于对电压空间矢量的优化控制，降低了逆变器的开关频率和开关损耗，提高了控制系统的效率。空间矢量调制控制系统是为了提高气隙磁场稳定性，减少谐波，优化功率控制器开关模式，降低了开关损耗，根据定子磁场的运动规律，选择合适的基本电压空间

4、矢量进行合成以产生其它所需要的电压空间矢量。这种空间矢量调制方法产生的基波电压幅值高于基于三角载波与正弦波比较实现的正弦脉宽调制产生的基波电压幅值，提高了电源电压的利用率。智能控制系统主要根据人工智能理论，如仿真人脑物理模型的人工神经网络、模拟人脑不确定思维工推理过程的模糊逻辑理论等，更精确地仿真电机的非线性，以此确定智能控制模型的输出量大小，进而确定功率控制器开关模式。电机的智能控制系统算法极其复杂，需要具有高速、实时计算能力的微机或DSP芯片来实现，目前仍处于实验室研究阶段，但是智能控制系统将是电机控制的发展方向。变频调速系统是一种以改变电机频率和电压来达到电机调速的系统。由电工原理可知电机的转速和电源频率成正比，通过变频器可任意地改变电源输出电源频率从而任意调节电机转速，实现平滑的无级调速。变频调速方法是异步电机是有发展前途的调速方法。在交流调速技术中，变频调速技术具有绝对优势，并且它的调速性能和可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频节电效果明显。除此之外，还有增产降耗、优质的效果。由于它具有体积小、重量轻、精度高、通用性强、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高和操作简便等优

5、点，深爱使用人员欢迎。变频调速确实是节能、降耗、优质、高产的理想设备，是新世纪的首要的传动技术，利国利民。交流变频调速系统随计算器技术的发展越来越普及。目前，实现交流变频技术的有单片机和DSP(数字信号处理器)。单片机直译为单片微型计算器，它将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入/输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算器部件集成电路芯片，组成单片微型计算器简称单片机。虽然单片机的形态只是一块芯片，但是它已具有了微型计算器的组成结构和功能。单片机具有集成度高、功能强、可靠性高，体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，在各个领域得到了广泛的应用和发展。为了实现高性能，就需要更能快速地完成复杂算法，这是普通单片机的瓶颈。DSP芯片的出现，使这一个难题有效的解决方法。DSP实际上也是一种单片机，它同样是将中央处理单元、控制单元和外围设备集成到一块芯片上，但DSP有别于普能的单片机，它采用了多组总线技术实现了并行运行机制，具有强大快速的运算能力。从而极大地提高了运算速度，也提供了非常灵活的指令系统。特别是基于DSP的空间矢量PWM控制技术以其电压利用率高、控制算法简单、电

6、流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用。我们将基于DSP控制器的交流变频控制调速，对控制速度的快速性、实时性、高精度性有一个可靠的保证。随着电压型逆变器在高性能电力电子装置（如交流传动，不间断电源和有源滤波器）中的应用越来越广泛，PWM控制技术作为这些系统的共用及核心技术，引起人们的高度重视，并得到越来越深入的研究。PWM技术有许多种，并且在不断发展中。从控制思想上分为四类，即等脉宽PWM法，电流跟踪型PWM法，磁通正弦PWM法和正弦波PWM法。1.脉宽PWM法是为了克服PAM方式中逆变哭部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压的缺点而发展来的，是最为简单的一种PWM法。改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。其缺点是输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。2.电流跟踪型正弦PWM波。它采用电压型逆变器的主电路结构，却是控制输出电流，其基本思想是将电动机定子电流的检测信号与正弦波电流给定信号用比较器进行比较，如果实际电流大于给定值，则通过逆变器的开关动作使之减小，反之，则使之增大。这样，实际电流波形围绕给定的正弦

7、波作锯齿状变化，而且开关器件的开关频率越高，电流波动就越小。使用这种方法，电动机的电压教学模型改为电流模型，可使控制简单，动态响应快，还可以防止逆变器过电流。3.磁通正弦PWM法，它与SPWM不同的是它是从电动机的角度出发，着眼于如何使电动机获得圆形磁场。它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链矢量来逼近基准圆，由比较结果决定出逆变器的开关模式，形成PWM波。4.正弦PWM法。正弦PWM法(SPWM法)是为了克服等脉宽PWM的缺点而发展来的。1964年德国人ASchonung和HStmmler把通讯系统的调制技术推广应用于交流传动以来，产生了正弦脉宽调制技术（SPWM），从而为交流传动的推广应用开辟了新的领域。它从电动机供电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦电源。SPWM是以一个正弦波作为基准波，用一系列等幅的三角波与基准波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式，这种PWM的脉冲宽度按正弦规律变化，能有效地抑制低次谐波并使电机工作在近似正弦的交变电压下，转矩脉动小，大大扩展了交流电机的调速范围。目前主要应用电压型PWM有：电压SPWM，电压空间矢量PWM

8、 (SVPWM)。 电压型SPWM以追求电压的正弦波为目标。而SVPWM是把电动机与PWM逆变器看成一体，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形磁场为目标，其思路是以三相对称正弦电压供电时交流电动机中的理想磁链圆为基准圆，用逆变器不同的开关模式所产生的有效矢量来逼近基准圆。理论分析和实验都表明SVPWM具有转矩脉动小、噪音低、直流电压利用率高等特点，目前已在交流传动控制系统中得到了广泛的应用。电气传动的脉宽调制技术是电机调速的关键技术之一，脉宽调制技术的发展和应用优化了变频装置的性能，适用于各类交流调速系统，为交流调速技术的普及发挥了重大的作用。电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）是基于电压空间矢量的脉宽调制技术，在交流传动中已得到广泛应用。随工业自动化程度的不断搞高和能源全球性缺失，基于DSP的交流变频调速系统越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等行业以及风机、水泵等节能场合，并取得显著的经济效益。主要参考文献：1 胡崇岳. 现代交流调速技术. 北京：机械工业出版社，1998.2 佟纯厚. 近代交流调速. 北京：冶金工业出版社，1992.3 张燕宾. 变频调速应用实践.

9、北京：机械工业出版社，2004.4 Cheriti A， etal. A Rugged Soft Commutated PWM Inverter for AC Drive. Conf. Record PESC，90.1990.5 谢宝昌，任永德. 电机的DSP控制技术及其应用. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.6 王占奎. 变频调速应用百例. 北京：科学出版社，1999.7 王占奎. 交流变频调速技术应用例集. 北京：科学出版社，1995.8 佟纯厚，王占奎，韩安荣. 交流调速风机水泵节电技术. CECE，91 50P9 赵相宾，年培新. 谈我国变频调速技术的发展及应用. 天津电气传动设计研究所，1999.10 章云，谢利萍，熊红艳. DSP控制器及其应用. 北京：机械工业出版社，2001.11 宛如意. 率水泵变频调速节能的探讨. ECE，96 29P12 陈国呈. PWM变频调速技术. 北京：机械工业出版社，1998.13 满永奎，韩安荣，吴成东. 通用变频器及其应用. 北京：机械工业出版社，1998.14 张燕宾. SPWM变频调速应用技术. 北京:机械工业出版社，2002.15 李德华，白晶，李志明. 編交流调速系统. 北京：北京电子工业出版社，2003.16 陈小丽，林忠岳，孙筠. 基于DSP的新型双PWM变频调速系统的研究.中国自动化学会会刊第23卷 第3期(2004) 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题

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