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數(shù)字式Fairchild仙童智能變頻器的研究
應(yīng)用變頻調(diào)速，可以顯著提高轉(zhuǎn)速的控制精度，以及調(diào)速范圍，使其在節(jié)能的狀態(tài)下運行。隨著TPAM新穎*控制策略在被不斷地改進的同時，新穎的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)也是層出不窮。Fairchild仙童智能變頻器作為電氣自動化與智能化控制工程中的重要設(shè)施，所以對該課題進行研究，不僅具有學(xué)術(shù)研究價值，亦具有實際應(yīng)用價值。

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運用了自動控制、電氣自動化、電子、計算機、人工智能、模糊控制、自適應(yīng)控制等諸多相關(guān)學(xué)科理論，多種技術(shù)交叉融合應(yīng)用，對變頻器進行了模塊化的設(shè)計，zui終成功地完成了設(shè)計任務(wù)。本系統(tǒng)設(shè)計包括軟件和硬件兩部分。硬件是以TI公司的DSP芯片為控制核心，采用富士智能功率模塊IPM為驅(qū)動電路，完成了各個模塊的硬件設(shè)計。其中包括整流模塊，逆變模塊，起停模塊，以及驅(qū)動控制模塊和其他關(guān)聯(lián)電路的設(shè)計。軟件設(shè)計部分則是運用C語言結(jié)合匯編語言混合編程方法，設(shè)計了變頻器的主程序、控制模塊子程序、通信子程序、中斷服務(wù)等子程序。利用了轉(zhuǎn)子磁場定向技術(shù)，使定子繞組電流磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量得到解耦，從而使TPAM的調(diào)速性能得到顯著提高。本系統(tǒng)還應(yīng)用了智能軟件抗擾、硬件智能保護、智能控制算法、智能上位機等多種軟、硬件智能技術(shù)，這些技術(shù)使得數(shù)字變頻器調(diào)速智能化和操作智能化的性能得到了進一步改善。恒壓頻比控制（V/F）是變頻器中應(yīng)用zui廣泛的一種控制方式，采用這種控制方式研制的變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適用于風(fēng)機、水泵等對調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能要求不高的場合。目前這種變頻器的經(jīng)濟性和通用性深受市場的青睞。鑒于此，利用TMS320LF2407DSP作為控制芯片，采用恒壓頻比的控制方式和空間矢量調(diào)制策略研制了一臺變頻器的樣機，并對一些關(guān)鍵的問題給予理論分析并提出實現(xiàn)的方法。主要內(nèi)容如下：闡述了電壓正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)，對二者的特點進行比較，并將空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)用于實際變頻器系統(tǒng)中。詳細分析死區(qū)產(chǎn)生的機理和空間矢量PWM中死區(qū)效應(yīng)對輸出電壓的影響，并結(jié)合空間矢量圖，討論了輸出電壓矢量位置與三相電流方向的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的死區(qū)補償策略，將三相電流分成六個區(qū)域，并在每個區(qū)域只對其中一相輸出電壓進行補償。該方法通過判斷輸出電壓矢量的角度來獲取三相電流的方向，避免了電流檢測中多個零點的現(xiàn)象。以二極管構(gòu)成三相橋式不可控全波整流電路，并以IPM作為功率器件構(gòu)成逆變電路組成的交一直一交電壓源型變頻系統(tǒng)主電路；同時TMS320LF240為中央處理器，設(shè)計控制電路。本設(shè)計還對DTC控制方式進行了研究，作出了一種基于PI調(diào)節(jié)模糊控制的改進，并將基于卡爾曼濾波器新穎算法應(yīng)用到其中，實現(xiàn)對狀態(tài)變量的無參估計，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和較強的抑制干擾能力，實現(xiàn)了系統(tǒng)故障時的自適應(yīng)控制。

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通過對變頻器的負(fù)載TPAM建立等效數(shù)學(xué)模型，進行轉(zhuǎn)速辨識以及轉(zhuǎn)矩控制模擬，然后對輸出波形進行了仿真與分析。其中著重研究了矢量坐標(biāo)變換和空間矢量SPWM的生成方式。仿真實驗結(jié)果表明：系統(tǒng)運作快速、準(zhǔn)確，有著良好的抗干擾性。從而說明本系統(tǒng)的設(shè)計方案具有合理性科學(xué)性。