您好,欢迎来到小侦探旅游网。
搜索
您的当前位置:首页基于dSPACE—RCP的SVPWM调制技术实现

基于dSPACE—RCP的SVPWM调制技术实现

来源:小侦探旅游网
第l9卷 第2O期 V0l_19 No.2O 电子设计工程 Electronic Design Engineering 2011年10月 Oct.2011 基于dSPACE—RCP的SVPWM调制技术实现 寅0永欢,j}《军,文0志冈4 (北京交通大学电气工程学院,北京100044) 摘要:为验证基于dSPACE的SVPWM调制方式的可行性与实用性,搭建了以dSPACE和IPM为核心的异步电机变 频调速系统实时仿真实验平台。利用simulink的RTW功能可将Matlab/Simulink中建立的电机控制模型下载至DSP 芯片中.实现了对异步电机的SVPWM调制实时控制,同时也验证了dSPACE实时仿真系统的快速性及高效性。 关键词:dSPACE;快速控制原型;空间矢量脉宽调制;实时仿真 中图分类号:TM921 文献标识码:A 文章编号:1674—6236(2011)20~0184—04 Realization of the SVPWM technique based on dSPACE—RCP LIU Yong—huan,DIAO Li-jun,LIU Zhi—gang (School ofElectrical Engineering,BeringJiaotong Un&ers ,Beijing 100044,China) Abstract:In order to verify the feasibility and practicability of SVPWM based on dSPACE,the asynchronous machine speed regulation system of real-time simulation platform was built.The motor control model built in MATLAB/Simulink can be downloaded to the DSP processor through the RTⅣtool of Simulink.SVPWM real—time control of asynchronous motor was achieved and simultaneously the rapidity and efficiency of dSPACE real—time simulation system is confirmed. Key words:dSPACE;RCP;SVPWM;real・time simulation 在电气传动控制领域,目前常用的仿真方法多是离线 成在线实时仿真。RCP是通过将快速原型硬件系统与所要控 制的实际设备相连来进行实时仿真。在RCP中,dSPACE的 仿真对象是控制器,实现了控制器的功能。其优势在于 dSPACE实时系统允许反复修改模型设计,进行离线及实时 的.不能用于实际系统的中断延迟、执行时间、内存使用和硬件 接口等瓶颈与瑕疵的排查。随着对控制系统鲁棒性、可靠性要求 的日益增加,实时仿真被提上了日程。实时仿真即将实际物理模 块与理论模型构成闭环系统D】。dSPACE是基于MATLAB/Simulink 的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台,具有实时 性强、可靠性高、扩充性好等优点。作为开发平台,dSPACE可 以自动生成代码,并有可靠性高的实时软,硬件环境做支持, 因而能够满足实时系统的基本需求。 仿真。这样,就可以将错误及不当之处消除于设计初期,使设 计修改费用减至最小_3J。 2 SVPWM原理及仿真模型的搭建 电压空间矢量PWM调制技术是从电动机的角度出发, 1 dSPACE系统介绍 dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力,并 配备了丰富的I/O支持,用户可以根据需要进行组合:软件环 境的功能强大且使用方便。包括实现代码自动生成/下载和试 其目标是使交流电动机产生圆形旋转磁场。由于SVPwM的 数学模型是建立在电动机统一理论、电机轴系坐标变换理论 基础上的。把逆变器和电机看成一个整体来处理。所得模型 简单,便于微机实时控制,并具有转矩脉动小、噪音低、谐波 含量少、电压利用率高的优点,因此无论在开环调速系统还 是在闭环调速系统中均得到广泛的应用。 2.1基本电压空间矢量 验,调试的整套工具。本文所用到的是dSPACE单板系统 DS1104。DS1104 PPC控制器板使用了PowerPC处理器来进 行浮点运算(250 MHz)。DS114 0PPC控制器板还集成了以德 州仪器(TI)公司的TMS320F240 DSP为核心的I/O子系统, 可用来满足特殊的I/O要求。这种DSP可提供三相PWM及 假设a、b、e分别代表一个典型的电压型PWM逆变器3 个桥臂的开关状态。每相上桥臂与下桥臂的开关动作相反, 可规定:当上桥臂开关导通而下桥臂开关关断时,开关状态 为1:当上桥臂开关关断而下桥臂开关导通时,开关状态为 O。三个桥臂只有…1’或者“0”两种状态.因此a,b、C形成 000、001、010、叭1、100、101、110、111共8种(23=8)开关模 式,对应8种输出电压状态.即8个基本电压矢量。分别如图 SVPWM信号发生器,尤其适于驱动方面的应用[21。在使用时 将它插人工控机的PCI插槽中.通过PCI总线与主机连接. 再将接口电缆连接控制卡与dSPACE仿真系统硬件操作面 板,使用者将操作面板上的相应接口连接到实际电路中,构 收稿13期:2011-08—20 一稿件编号:201108070 作者简介:刘永欢(1987~),男,湖北孝昌人,硕士研究生。研究方向:电力牵引与传动。 184- 刘永欢.等基于dSPACE—RCP的SVPWM调制技术实现 们 图1基本电压空间矢量图 Fig.1 The diagram of basic voltage space vector 在DSP F240的程序算法中,为了计算的方便.需要将相 电压转换到Dq8平面直角坐标系中。0 平面直角坐标系选 择了 轴与 相轴重合, 轴超前 轴90。。如果选择在每个 坐标系中以电动机的电压电流空间矢量幅值不变作为两个 坐标系的转换原则。就可以将三相平面坐标系中的相电压转 换到O 平面直角坐标系中。其转换式为[51: } 一 一争 0孚一 2.2相邻两矢量作用时间的确定 文中进行实时仿真时产生脉冲的模块为从属于SLAVE DSP中的DS1 104_DSP_PWMSV。它是基于硬件的方式实现 SVPWM的功能。硬件产生的SVPWM波是五段式波形,在每 个PWM周期中,总有一相开关状态不变。较七段式开关次数 减少了,这有利于减少开关损耗。其工作时序图如图2所示。 一 I/2 A ‘ B 一 r C 厂 ] Fig.2 Five-segment voltage space vector timing chart 以第一扇区为例,推导出各基本矢量的作用时间。如图 1所示,可得线性时间组合的电压空间矢量 是 / 倍的 U。与 倍的 的矢量和,即 1 1Ul+ } (2) 』P J p 由图1。根据三角形的正弦定理有 : 鲤sin(60。一 ) sin l20。 sin0: sinl20 。 (… 3) 由式(3)式解得 : in(60。一 ) in0(4) 而零矢量的作用时间为 To= ( + ) (5) 以最大相电压 (最大线电压为 )为基准,对 、%进 x/3 行标幺化 2Uo ̄e os0 ㈤ 同理 , 所以,对任一扇区内的电压指令 = ,两个相邻非 零矢量 和 + ( :1,…,6,k=6时, 。为Ut)的作用时间 和 +。分别为 )= i j —s +l —sin …s ㈢㈣ j 而零矢量的作用时间为 To=T ̄-( +瓦+1) (9) 为了更简明扼要地确定每扇区里相邻两非零矢量的作 用时间,定义如下式的 、y、Z三个变量: = l,= ( + ) (1o) z_ 1(一 + ) 表1相邻两矢量的作用时间 Tab.1 The action time of two adjacent vectors 扇区号S 1(V ,V2)2(V2,V,)3( ,V )4(V ,V5)5(V5,V )6(V ,V。) 对不同扇区的 、 按表1所示取值后。还要对其饱和 值进行判断:如果 + ≤1,保持原值不变,否则需按下式进 行修正 : = /( + ) = /( + ) (11) 2.3扇区号S的确定 不论当 以何种形式给出,首先都将其转化为幅值和 相角的形式,然后相角对21r取余,再通过线性运算将其转换 为整数部分为1-6的数字,最后对其进行取整.即可得到扇 区号。 由此可给出五段式的电压空间矢量组合,如表2所示。 表2 SVPWM输出电压矢量的五段式组合 Tab.2 Five.segment combination ofSVPWM output voltage vectors —.185- 《电子设计工程)201 1年第20期 2.4确定矢量切换点 f =0 m 、 、 cope8[Scope7I Scope9 T1/Tp T2/Tp 定义 {瓦: (12) _t呲 I = + 则在不同扇区内。对 、 、 赋值见表3。 裹3矢■切换点计算 Tab.3 TI地calcuhition ofvector swJtchin ̄points 由于计算及表达空间矢量的作用时间均使用了标幺值 的形式,所以采用幅值为l,周期为Tp的对称等腰三角波作 为载波与上述算得的切换值进行比较,三角载波输入至比较 器的正极性。表2中的各切换时刻均输入到比较器的负极 性。但当参考电压空间矢量位于2、4、6扇区时,需将比较后 得到的布尔数取反。这样就可以得到六路SVPWM脉冲信号。 而该过程在dSPACE的RTI库中是用C语言编写。并封装成 模块DS1104_DSpl-PWMSV。该模块作为一个接口,可 SVPWM的整个算法下载到其硬件板卡中.并在其控制面板 的PWM口产生可控的脉冲波形。如图3所示。殷 + 町n  圳 T1/Tp S T2N T2/Tp Compute t ime durat ion of l Va SWitching states(T2N .TIN’) Va SectOr 一 2 Stopflag:0-RUN PWM Stop Vb 1-STOP Enable 图3产生SVPWM控制波形 Fig.3 The generation of SVPWM control waveform 3 基于dsPACE的VVvF实现 3.1实时仿真电路结构 以VVVF控制策略为例。进行基于dSPACE半实物仿真 平台的实时仿真。主回路可以采用通常的交流一直流一交流方 眦 p 式的变频调速系统.以IPM构成的逆变器为核心器件。控制 系统由dSPACE控制板、电源板及驱动板组成。通过dSPACE 系列软件将仿真模型编译下载到dSPACE板卡中。并通过快 速32位总线(PHS总线)连接到控制面板上.在控制面板的 Slave FO PWM上相应的管脚上引出6路SVPWM脉冲信号. 并经过驱动板对其进行功率放大。以控制IPM中IGBT的通 断。电源板为IPM驱动板提供基准电压和电压驱动信号。 3.2 基于 ;PACE的S、r】P1vM实现 如图4所示,输入为给定频率值,通过恒压频比模块得 到标幺形式的电压幅值(调制度m)和位置角(theta),然后将 其送到内部用各种子模块搭建的SVPWM模块的输入端,从 而得到Tl与T2的占空比和扇区号S.最后将其给dSPACE的 PWM硬件接口RTI模块DS1104SL_DSP_PWMSV的输入。通 过该RTI模块将开关频率设为5 000 Hz,死区时间为5 s。 -186- thcta Sn ‰ E nab】。DS1l i= st。pflag:0IRUN 1-STOP 图4基于恒压频比控制的实时仿真模型 Fig.4 Real-time simulation model based on constant V/Hz control 利用dSPACE中ControlDesk便利的人机接口模块。在 ControlDesk下。利用MA,n.AB/Simulink中生成的*.sdf文件。 加入虚拟仪表,设置好调试页面,如图5所示。在虚拟仪表 下,能便捷的对给定信号进行调节和观测图4中各种变量的 变化情况。实现了在线修改参数和记录实时数据的功能。 硼Ⅲ棚棚 一 ~鞠孵删舭哪胛 删附腿Hn图5虚拟仪表在线监控变量示意图 Fig.5 Schematic diagram of on-line monitoring variables 瓣 3.3实时仿真实验参操 咖 。咖啪吣 从图6中可以看出五段式的SVPWM脉冲在一个调制 波周期里不是对称的.其低通滤波后的波形接近于马鞍 形状。 图6单相SVPWM脉冲及其滤波后的波形 Fig.6 Single-phase SVPWM pulse and ifltered waveforms 为IPM逆变器输出端的线电压及其滤波后的波形,可以 看出经过低通滤波器后的波形具有良好的正弦度。 图7为逆变器在输出端线电压及滤波后的波形,图8为 风机启动过程中给定频率从0 Hz按照限定的速率逐渐上升 为额定值50Hz时的定子相电流波形。由图可知,在给定频 率上升的过程中.电流的频率和幅值在同步地逐渐增加.直 至达到50 Hz时的稳态波形。 ;  ~  刘永欢,等 基于dSPACE—RCP的SVPWM调制技术实现 了开发周期和研究费用.证实了dSPACE实时仿真系统 的 快速性和高效性。采用dSPACE虚拟实验平台与电机调速系 统的实时硬件接口方式.搭建对异步电机进行VVVF控制的 壁羹 - ≥ 图7逆变器输出端线电压及滤波后的波形 Fig 7 Inverter output line voltage and ilftered waveform 半实物仿真平台,用于做快速控制原型的实时仿真。测得的 驱动脉冲及线电压的实际波形与理论相符合,验证了基于 dSPACE的SVPWM调制方式的可行性与实用性。 参考文献: [1】夏娟.基于DSPACE的电气传动实时仿真平台的研究[D1. 江苏:江南大学.2005. 【2】Ghani ZA,Hannah M A,Mohamed A.Development of three-phase photovohaic inverter using dSPACE DS1 104 board【C]//UPM Serdang.Proceedings of 2009 IEEE Student Conference on Research and Development(SCORED 2009). 2009:242—245. [3】北京九州恒润科技有限公司.dSPACE一基于MA ⅡAB/ Simulink平台实时快速原型及硬件在回路仿真的一体化 解决途径【s1.北京:恒润科技公司,2005. [41张兴华.空间矢量脉宽调制恒压频比控制的数字实现[J】. 电气传动,2004,34(2):12—15,29. ZHANG Xing-hua.Digital control of induction motor with SVPWM technique and constant V/f principle[J].Electric Drive,2oo4,34(2):12—15,29. [5】王晓明,王玲.电动机的DSP控制[M】.北京:北京航空航天大 学出版社。2004. [6】李红,王劲松.异步电动机转差型SVPWM矢量控制系统建 黜 盛鼢 模与仿真[J].微特电机,2009(4):51-53,64. LI Hong,WANG Jin-song.Modeling and simulation on shp frequency SVPWM vector control system of induction motor 图8风机启动过程中a相电流波形 Fig.8 A-phase current waveform during a fan startup 4结束语 通过dSPACE与MATLAB的无缝连接.用户在几分钟之 【J】.Small&Special Electrical Machines,2009(4):51—53,64. [7】王坤.基"t-SVPWM的STATCOMi ̄.计及实现[J].陕西电力, 2011(01):11-15. WANG Kun.SVPWM based design and realization of 内就可以完成模型,参数的修改、代码的生成及下载等工作, 从而可以在短期内完成对原型的反复更改和试验.大大缩短 STATCOM[J].Shaanxi Electirc Power,2011(01):11-15. 科锐全系列LED格栅灯替代灯通过DesignLights联盟认证 科锐公司日前宣布包括最新推出的科锐CR系列格栅灯在内的全系列LED格栅灯替代灯已经通过DesignLights Consortium(DLC)认证,能够满足最高品质标准。科锐CR14TM、CR22TM和CR24TM格栅灯以及LR24TM和LR24一HE格栅灯 的光效和显色指数(CRI)在DLC“线性面板”所列的产品中都是最高的。 DLC是由公用事业公司和地区性能效机构组成的联合组织,在认证高能效照明品质和性能方面处于领先地位。DLC的目 标是促进高品质、高能效的照明设计在所有商业照明领域中的普及。DLC认证产品目录被公共事业公司用于在美国各地尚未 被“能源之星(ENERGY STAR)”标准覆盖的高性能固态照明灯具的推广,比如LED格栅灯和低/高棚灯。 咨询编号:201 1201018 -187- 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- xiaozhentang.com 版权所有 湘ICP备2023022495号-4

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务