-
采用空间矢量脉宽调制（
SVPWM
）的开环<
/p>
VVVF
调速系统的综合实训
一、实验目的
1
、理解电压空间矢量脉宽调制（
SVPWM
）控制的基本原
理。
2
、熟悉
MCKV
电机控制系统的
CPU
模块
、
IPM
模块和机组各部分硬件模块，并确认工作
正常。
3
、了解
SVPWM
变频器运行参数和特性。
二、实验内容：
< br>1
、熟悉
CCS
编程环境，并在
CCS
下编译、下载、运行
DSP
软件工程。
2
、
观察并记录定子磁链周期和频率，并分析他们之间的关系。
3
、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形
i
v
?
f
(
t
)
与
n
?
f
(
t
)
；
三、实验预习要求
1
、阅读并掌握三相交流异步电机
VVVF
调速系统工作
原理。
2
、了解电压空间矢量脉宽调
制（
SVPWM
）控制的基本原理。
3
、阅读本次实验指导书和实验程序，写好实验预习报告。
4
、在
MATL
AB/Simulinlk
环境中搭好仿真模型，结合本程序
LEVEL1
功能框图，完成电
流速度双闭环系统交流异步电机
矢量控制仿真。
四、实验原理
当用三相平衡的正弦电
压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，
并以恒速旋转，磁链矢量
的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量（磁链圆）
。
SVPWM<
/p>
就是着眼
于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供
电时所形成的基准磁链圆，
使逆变
电路能向交流电动机提供可变
频电源，实现交流电动机的变频调速。
现在以实验系统中用的
电压源型逆变器为例说明
SVPWM
的工作原理。
三相逆变器由直流
电源和
6
个开关元件
( MOSFET)
组成。图
1
是电压源型逆变器的示意图。
图
1
电压源型逆变器示意图
对于每个桥臂
而言，
它的上下开关元件不能同时打开，
否则会因短路而烧毁元
器件。
其
中
A
、
B
、
C
代表
3
个桥臂的开关状态，当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元
件为关时定
义其状态为
1 ,
当下桥臂
开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为
0
。这样<
/p>
A
、
B
、
C
有
000
、
001
、
010
、
011
、
100
、
101
、
110
、
111
共
8
种状态。逆变器每种开关
状态对应不同的电压矢量，根据相位
角不同分别命名为
U
0
（
000
）
、
U
1
（
100
）
、
U
2
（
< br>110
）
、
U
< br>3
（
010
）
< br>、
U
4
（
011
）
、
U
5
（
001
）
、
U
6
（
1
01
）
、
U
7
（
111
）如图
2
所示。
图
2
基本电压空间矢量
其中
U
0
（
000
）和
U
7
（
111
）称为零矢量，位于坐标的原点，其他的称为非零矢量，它们
幅值相等，相邻的矢量之间相隔
60
°。如果按照
一定顺序选择这六个非零矢量的电压空间
矢量进行输出，
会形成
正六边形的定子磁链，
距离要求的圆形磁链还有很大差距，
只有
选择
更多的非零矢量才会使磁链更接近圆形。
SVPWM
的关键在于用
8
个
基本电压空间矢量的不同时间组合来逼近所给定的参考空间电
压矢量。
< br>在图
3
中对于给定的输出电压
U
，
用它所在扇区的一对相邻基本电压
U
x
和
U
x
?
60
来
等效。此
外当逆变器单独输出零矢量时，电动机的定子磁链矢量是不动的。根据这个特点，
可以在
载波周期内插入零矢量，调整角频率，从而达到变频目的。
图
3
电压空间的线性组合
根据正弦定理可以得到：
?
T
1
0
0
U
sin(
60
?
?
)
?
U
sin
120
x
?
T
T
1
T
2
?
PWM
又有
U
?
U
x
?
60
?
U
< br>
?
x
T
T
0
PWM
PWM
< br>?
T
2
U
x
?
60
sin
?
?
U
sin
120
?
?
T
PWM
?
3
U
T
?
T
PWM
sin(
60
0
?
?
)
?
1
U
x
?
?
3
U
?
得到
?
T
2
?
T
PWM
sin
?
U
x
?
60<
/p>
?
?
T
0
?
T
PWM
?
t
1
?
t
2
?
?
?
式中
T
PWM
为载波周期；<
/p>
UU
的幅值可以由
U
f
曲线确定；
U
x
和
U
x
?
60
的幅值相同且恒
为直流母线
电压
V
；
?
可
以由输出正弦电压角频率
w
和
nT
PWM
的乘积确定。因此，当已
知两相邻的
基本电压空间矢量
U
x
和
U
x
?
60
后，就可以根据上式确定
T
1
、
T
2
、
T<
/p>
0
。
3
2
五、实验流程图
图
1-1-1
给出了实验程序功能框图
：
Target_value
=sp
eedref
Setpt_value rmp_freq
RAMP_
CNTL
Q15/Q15
rmp
_
offset
rmp
_
gain
Mf
un
c_c1
RAMP_ GEN
Q15/Q15
< br>函数
ipark
_
Q
Rpm_out
_
D
函数
ipark
Ta
ipark_q
Ubeta
SVGEN_
DQ
I_
PARK
Q15/Q15
Tb
Mfunc_c2
Q15/Q15
Tc
Mfunc_c
3
ipark_d
Ualfa
Mfunc_p
F281X
_EV1_
PWM
Q0/
HW
PWM1
PWM2
PW
M3
PWM4
PWM5
PMW
6
图
1-1-1
实验一功能框图
以下给出实验一中的控制参数及其调节范围
EnableFlag
：
0
、
1
启动控制位
SpeedRef
：
－
0.9~0.9
速度给定值
六、实验设备
1
、
DSPCPU
组合板：
Techv-28335+MCKV-INF2+MCKV-INF3
2
、
DSP
仿真器及
usb
线
3
、
MCKV
DSP
电机控制器
4
、三相交流异步电机机组
5
、
PC
机及电源电缆
七、实验步骤
在做该实验之前，
请确保已经按照
系统测试步骤和方法
进行各
步骤的运
行，该实验具体调试操作步骤如下：
1.
将头文件“
build.h
”中的编译指令
BUILDLEVEL
设为“
LEVEL1
”
，然后
用“
Project--
Build
”命令重新编译连接程序。
在
“
build.h
”
文件中第
29
行：
#def
ine BUILDLEVEL
LEVEL1-------
< br>修改此处。
2.
用“
File--Load
Prog
ram
”菜单命令加载“
ACI_
”文
件到目
标板，此时注意观察加载的文件“
ACI_
”是否您刚才编译链
接生成的文件，看一下文件的生成时间就知道了，如果所
有源文件都
没有修改，此时“
ACI_
”的生成时间不会变化；如果想证实
源文件编译是否执行，可以在主程序中随便修改一点
注释内容，那么
编译的时候就肯定会生成新时间的输出文件。
3.
点击“
Debug--Real
time
Mode
”选择实时模式，
此时出现一个对话框，
选择“是（
Y
）
”
，再点击“
Debug--
Run
”
或者点击左侧运行图标运行
程序，此时程序在实时运行模式下运行。
4.
在“
Watch window
”窗口
中左键点击“
Build1
”标签并在空白处点击
右键，选择连续刷新模式“
Continuous
Refresh
”
< br>，此时应能观察到
“
BackTicker
”变量在不断变化，说明主程序已经运行，
5.
在控制器面板上进行电机选择，
选择三相交流异步电机显示“正确”
后，
在主菜单下按两次向下
键并确认后进入状态页面，
打开主电源
(
按
钮：电源
)
。
因为主电路中有
3300uf
的大电容，所以需要较长的充
电
时间，为了避免过大的充电电流，主电路中有
NTC
负温度系数的热
敏电阻，所以一定要等控制器的液晶上显示“电源：开启
”
，才能进
行下一步的操作，并且每
次打开主电源距离上次关闭主电源需要有
5
分钟以上的间隔时间
。
6.
在“
Watch window
”窗口
中双击变量“
EnableFlag
”右侧的“
Value
“值并修改为
1
后
回车，此时应能观察到变量“
IsrTicker
”也在不断<
/p>
变化，说明主中断服务程序已经正常运行。而此时电机应该转动，并
稳定在
740
转
/
< br>分左右的速度上，
说明控制系统
PWM
< br>输出部分和
IPM
逆
变部分硬件
以及机组和连线都是正确的，如果电机不转，请检查
INF2
电
路板上的
LED2
指示灯是否熄灭，如果熄灭说明产生了功率保
护中
断，可以更换
DSPCPU
板测试
，也可更换机组测试，如果现象依旧则需
要返修。
如果电机运转
了，
但是控制器上没有速度显示，
请检查
DSPCPU
电路板下面那块
INF2
电路板上的
JP1
拨码开关是否拨向左边。
< br>
7.
分别右键点击图形显示
窗口“
Channel1&2
”
、
“
Channel3&4
”
，选择连续
刷新模式“
Continuous
Refresh
”
，观察
、
Ta
、
Tb
以及
Tc
的波形，如图<
/p>
1-1-3
和图
1-1-4
所示。
是给定磁链斜坡函数
的输出，
它是以
360
度为
PU
基值的
Q15
格式数
据表示的，
将竖线光标
移至第一个图形的零点处，注意观察图形
窗口“
Channel1&2
”左下角
的第一个坐标值的第一个值是时间，单位为
ms
，我们可以看到
给定的
磁链周期为
40ms
，
这样可以计算出给定磁链的频率为
25Hz
，<
/p>
这和我们
设定的
SpeedRef=0.
5
是对应的，设定为
1
时，对应频率为
50Hz
，周
期应为
< br>20ms
。
Ta
、
Tb
、
Tc
表示的是三组<
/p>
PWM
控制信号在每个调制周期
中的占空
比，
也是
Q15
格式的数据。
将光标移至
Channel2
的第一个马
鞍波的波峰中点，读出时间坐标为
14.8ms
，将光标移至
Channel3
的
第
一个马鞍波的波峰中点，读出时间坐标为
28.2ms
，那么得
出结论：
Ta
相位超前
Tb=
（
28.2-14.8
）
/40*360=120
度。
如图
1
-1-5
和图
1-1-6
所示。设定<
/p>
speedref
为不同值，完成表
1-
1-1
。
表
1-1-1
：
Speedref
0.1
0.3
0.5
-0.5
Ta
峰值时间
ms
Tb
峰值时间
ms
Ta
超前
Tb
相位
度
8.
改变
S
peedRef
的值，观察波形的周期值是否和设定值对应。同时
VdTesting
、
VqTesting
< br>的值也跟着变化，此时可以观测图形显示窗口
波形幅值的变化。
< br>变量
VdTesting
、
Vq
Testing
相当于
IPARK
逆变
换的
输入值，在程序中做了一个函数，随着
SpeedRef<
/p>
的值变化而变化，所
以不能修改。
根据
speedref
的值完成表
1-1-2
。
表
1-1-2
：
Speedref
0.1
0.3
0.5
-0.5
给定磁链周期
给定磁链频率
电机转速
9.
分别右键点击图形显示窗口“<
/p>
Channel1&2
”
、
“
Channel3&4
”
，取消连续
刷新模式“
Continuous
Refresh
”
，点击“
Debug
--Halt
”
，再点击
“
Debug--Real
time Mode
”
，最后点击“
Debug--Reset
CPU
”
，
“
Debug
—
Restart
”
，退出实时运行模式，并停止程序运行。
10.
如果继续实验，
请转实验二。
否则请关闭控制器的功率部分主电源
（
按
下电源键）
，然后关闭
CCS
软件退出程序，关闭控制电源。
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