一种新型单片机控制磁链轨迹PWM逆变器

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.04.013 Vol.18 No.4 北京科技大学学报 第18卷第4期 Aug.1996 Journal of University of Science and Technology Beijing 1996年8月 一种新型单片机控制磁链轨迹PWM逆变器* 肖资江 李华德 北京科技大学自动化信息工程学院，北京100083 摘要从分析磁链轨迹控制基本原理出发，设计了8098单片机全数字控制PWM变频器.系统 采用正60边形磁链控制，改进了固定式零矢量插入法，提出了瞬时分割零矢量插人方法，节省 了表格存储空间，提高了控制的实时性，实现了逆变器开关频率的自动调节 关键词逆变器，磁链，电压空间矢量 中图分类号TM921.51 电机的磁链圆一般采用正多边形来逼近，用常规的逼近方法调速时，低频时出现转矩 脉动增大的现象.因为受数字控制器件限制，多边形边数不可能太多，而低频时，固定方式 零矢量插人的调频方法造成功率器件的开关频率降低.针对这一现象，本文提出瞬时分割 零矢量插入法.它是以器件的开关频率为控制目标，根据系统给定开关频率要求，通过硬件 电路和软件控制相结合，自动调整了每个旋转周期内零矢量插入的点数和相应作用时间. 1磁链轨迹控制 磁场是交流电机定、转子能量交换的媒介.对磁链矢量的有效控制是交流电机实现良好 转矩控制的重要手段.磁链轨迹形状越接近于圆形、稳态时，磁链脉动所造成的转矩脉 动越小磁链幅值合适时，可使电机工作在额定磁场状态，以提高能量变换效率 当定子磁链，！=常数时，可推导出如下的转矩表达式川 T.=w,R,Ml2/Z2-{RM,2/(l☑·sin(u,t+a）- L,/1·L,-lR.,-o】·sin(@,0-Ln(,-0cos(o,0}·exp(-R,t/0 其中1=（亿，Lx-M/L;w,=w0-ωm为转差角频率，是中，相对于转子的瞬时滑差角频 率；I。是相对于定子磁链的一个恒定量，为定子磁化电流失量的幅值； Z=VR2+(ω)2；a=tan'(@,l/R上式中右边第1项和第2项分别为稳态和瞬态转矩， 对该式求导可得在=0时转矩的变化率： (dT:di)l,==Lo([L,1-IR.(isl o)]a,-R,Im(isl =o)l 上式表明，定子磁链幅值保持恒定时，转矩的快速响应能通过调节转差角频率而获得. 产生一定形状的定子磁链轨迹出发、直接控制逆变器的开关状态选择，是磁链轨迹控 1995-05-12收稿第一作者男25岁硕士 *国家自然科学基金资曲

V 0 1 . 1 8 N o . 4 A u g . 1 9 9 6 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U o i v e r s i yt o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e ij in g 第 18 卷 第4期 1 9 9 6年 8 月 一种新 型 单片机控 制磁链轨迹 P w M 逆变 器 ’ 肖资江 李华德 北 京科技大 学 自动化信息 工 程学 院 , 北京 10 0 0 83 摘要 从分析磁链轨迹控 制基 本原理 出发 , 设计 了 8 0 9 8 单 片机 全数字控制 PW M 变频器 . 系统 采用 正 6 0 边形磁链控制 , 改 进了 固定 式零矢量插人法 , 提 出 了 瞬时分 割零矢量插人方法 , 节省 了表格存储 空 间 , 提高了 控制的实时性 , 实现了 逆变器开关频率 的 自动调节 . 关键词 逆变器 , 磁链 , 电压空 间矢量 中图分类 号 T M 9 2 1 . s l 电机 的磁 链 圆一 般采 用 正多 边形 来 逼近 , 用常 规的逼 近 方法 调速 时 , 低频 时 出现 转矩 脉 动增 大 的现 象 . 因 为受数 字 控制器 件 限制 , 多边形 边 数不 可能 太多 , 而低 频 时 , 固定 方式 零 矢 量插 人 的调 频 方 法造 成 功 率器 件 的 开关 频 率 降低 . 针 对这 一现 象 , 本 文提 出瞬 时 分割 零 矢量 插 入法 . 它是 以 器件 的 开关频 率 为控 制 目标 , 根据 系 统给 定开 关频率 要求 , 通过 硬件 电路和 软 件控 制相 结 合 , 自动 调整 了每 个旋 转周 期 内零矢 量插 人 的点数 和相 应作 用 时 间 . 1 磁 链轨迹控制 磁 场是 交 流 电机 定 、 转 子 能量 交换 的 媒介 . 对磁 链 矢量 的 有效 控制 是 交流 电机 实 现 良好 转 矩 控 制 的 重 要 手 段 . 磁 链 轨 迹 形 状 越 接 近 于 圆 形 , 稳 态 时 , 磁 链 脉 动 所 造 成 的 转 矩 脉 动越 小 . 磁链幅值 合 适 时 , 可 使 电机工 作在 额定 磁 场状 态 , 以 提 高 能量 变换效 率 . 当定 子磁 链 }叭 } 一 常数 时 , 可推 导 出如下 的转 矩表 达式 l[] eT 一 。 入矿犷/ 才 一 { xR 淤矿/ (闭 · isn 帆 t + a) - L几 / l ’ L x OI 一 lR 。 ( i s l r _ 。 ) ] ’ s i n (田 s t ) 一 L OJ 几( 1 5 1 , _ 。 ) e o s (。 , t) } ’ e x p ( 一 R , t / O 其 中 l = (L 其 、 一 M Z ) / sL ; 。 , 二 。 。 一 。 m 为转差 角 频率 , 是 劝 ,相 对于 转子 的瞬时 滑差角 频 率 ; I 。 是 相 对 于 定 子 磁 链 的 一 个 恒 定 量 , 为 定 子 磁 化 电 流 矢 量 的 幅 值 ; Z 一 习程 +( 田 s 。 ’ ; “ 一 at ” 一 ’ (臼 5 1 / R x ;) 上式 中 右边第 l 项 和 第 2 项 分别 为稳 态和 瞬态转 矩 , 对该 式求 导 可得 在 =t 0 时转 矩的变 化率 : ( d eT / d )t l ` _ 。 = L儿I [ L , 几一 lR 。 ( 1 5 1 , _ 。 ) ]。 , 一 R xlm ( 1 5 1 , _ 。 ) } /l 上 式表 明 , 定 子 磁链 幅值 保 持恒 定时 , 转矩 的快 速 响应 能通 过 调节 转差 角频 率而获 得 . 产生 一 定 形状 的 定子 磁链 轨迹 出 发 , 直接 控 制逆 变 器 的开 关状 态 选 择 , 是 磁链 轨 迹控 19 9 5 一 0 5 一 比 收稿 第一 作者 男 25 岁 硕 士 * 国家 自然 科学 基金 资助 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 04. 013

Vol.18 No.4 肖资江等：一种新型单片机控制磁链轨迹PWM逆变器 ·359· 制的基本思想. 对于180导通型GTR PWM逆变器，一般有A、B、C3个桥臂的GTR开关元件共有8 种状态组合，s(A,B,C=s(0,0,0)~s(1,1,1),即上桥臂导通时状态为1，下桥臂导通时为0.若 定义： u(A,B,C)=uAo+uBo'exp(j2n/3)+uco'exp(j4r/3) 则得到8个电压空间矢量.定子空间被均分为6个区域： (2N-3)·π/6<(M<(2N-1)·π/6(N=1-6) 由定子电压方程式：(A,B,C)=RH+dΨ，/dt 得磁链瞬时表达式：Y=u(A,B,C)△t-∫RJ,dt+Yo 式中平为t0时定子初始磁链矢量；I,为定子电流空间矢量；△t为u(4,B,C)时宽 一般情况下，定子电阻压降R相对于定子电压可以忽略不计，则 Y,=Yo+u(A,B,C)△t 当选择某一非零矢量时，磁链矢量将从初始置出发，沿对应电压矢量方向，以其幅值 4为速度运动；当选择零矢量时，平，=平。，磁链矢量在空间停止.我们可以通过合理选择6 个非零矢量的施加顺序和时宽，使磁链矢量沿顺时针或逆时针旋转并形成圆形轨迹，这便 是磁链轨迹控制方法.同时注意到，在非零矢量之间插人一个或多个零矢量就能调节平，旋 转速度，这相当于控制了转差频率，即可控制转矩 2瞬时分割零矢量插入法正多边形磁链控制 通常，我们采用正多边形来逼近磁链圆.理论上讲，正多边形边数愈多，磁链愈接近圆 形.但在实际应用上受到器件开关频率的限制，边数不能太多，而且考虑到8098单片机这 一类数字器件其内部定时器最小分辨率(2μ$)的限制，实际边数也不可能做到太多.综合以 上因素，系统选用正边形磁链轨迹控制. 在每个区域内，选择两个非零矢量实现最佳通近，其对应关系如表1所示.正多边形每 条边采用两边通近法.如图1中(2)区域内任意边EF可由EG→GF构成，即42→43，对应 作用时间为1→，利用正弦定理易推得： Tx·sin(60°-a) Tx·sina ',=Msina+sin(60°-aj'么=Nsina+sin(60°-aj 式中α为正多边形某边中点和圆心的连线与该边所在区域起始位置之间的夹角；T,为磁链旋 转一周内非零电压矢量作用时间总和；N为正多边形边数，这里取N-60 磁链圆半径R=U。·T,2元)，额定磁链时有R≈1，从而可确定T,大小.低速时，若要 表1区域电压矢量选择表 F 1 G 60a. (N) 123456 正矢量对46，w242,4,4141,55,4,6 62) 反矢量对45,414,56,4164，山2. -30 图1两边逼近法

V ol . 18 N .o 4 肖资江等 : 一种新 型单 片机控制磁链轨迹 PW M 逆变器 · 3 5 9 · 制 的 基本思 想 . 对于 18 0 “ 导通 型 G T R PW M 逆 变器 , 一般有 A 、 B 、 C 3 个 桥臂 的 G T R 开 关元 件 共有 8 种状态组合 , s (A , B , 0 一s ( o , o , o ) 一 , ( l , l , l ) , 即上桥 臂 导通 时状 态 为 l , 下 桥 臂 导通 时为 0 . 若 定 义 : u 叼 , B , 0 = u ^ o + u B 。 ’ e x p口2 孔 /3 ) + u e 。 ` e x p口4 兀 / 3 ) 则 得 到 8 个电压 空 间矢量 . 定子 空 间被 均分 为 6 个 区 域 : (2-N 3 ) · 兀 / 6 《 口(N) 丈 ( Z-N l ) · 二 / 6 (=N l 一 6 ) 由定 子 电压 方程 式 : u( A , B , 0 = RsJ 十 d 乎 , / dt 得磁 链瞬 时表 达 式 : 里二u( A , B , 0 △t 一 了R sJ dr + 甲 s 。 式 中 萝so 为 =t 0 时 定子初 始 磁链矢量 ; sI 为定子 电流空 间矢 量 ; △ t 为 u (A , B , 0 时宽 . 一般情 况下 , 定 子 电阻压 降 R几相 对于 定 子 电压可 以 忽略 不计 , 则 乎=s 尹 so + u (A , B , 0 △t 当选 择某 一 非零 矢 量 时 , 磁链矢 量 将从初 始 置 出发 , 沿 对应 电压 矢量 方 向 , 以 其幅值 “ d为 速度 运动 ; 当选择 零矢 量 时 , 戮一戮 。 , 磁链 矢量 在空 间停止 . 我们 可 以 通 过合 理 选 择 6 个非 零 矢量 的施加 顺序 和 时宽 , 使 磁 链 矢量 沿 顺 时针 或 逆 时针 旋转 并 形 成 圆形 轨 迹 , 这便 是 磁 链 轨迹 控 制方 法 . 同时 注意 到 , 在 非零 矢 量 之 间插 人 一个 或 多个 零 矢量 就 能 调节 戮旋 转速 度 , 这相 当于控 制 了 转差 频 率 , 即 可 控制 转矩 . 2 瞬 时分 割零 矢 量插入法正 多边形磁链控 制 通 常 , 我 们采用 正多 边 形来 逼近 磁链圆 . 理论 上 讲 , 正多 边形 边 数愈 多 , 磁 链愈接 近 圆 形 . 但 在 实 际应 用 上 受到 器件 开 关频 率 的 限制 , 边 数不 能 太多 , 而且 考 虑到 8 0 9 8 单片 机这 一类数字器 件其 内部 定 时器最 小分 辨 率 (2 哪 ) 的 限制 , 实 际边 数也不 可能 做到 太 多 . 综 合 以 上 因 素 , 系统 选用 正边 形 磁链 轨迹 控制 . 在 每个 区 域 内 , 选 择两 个非零 矢 量实 现最 佳逼 近 , 其 对 应关 系如 表 l 所 示 . 正 多边 形每 条边采 用 两边 逼 近法 . 如 图 l 中 a ( 2) 区 域 内任 意边 E F 可 由 E G ~ G F 构 成 , 即 、 ~ 。 3 , 对应 作 用 时 间为 t ; ~ .tz 利 用正 弦定 理 易推得 : xT · s i n ( 6 0 0 一 a ) 从 s i n a + s i n ( 6 0 0 一 a ) 1 ’ xT · is an Nl s i n a + s i n ( 6 0 0 一 a )』 式 中 a 为 正 多边 形某 边 中点和 圆心 的连 线 与该边 所 在 区域 起 始位 置 之 间的夹 角 ; T x 为磁链 旋 转 一周 内非零 电压 矢 量 作用 时 间总 和; N 为正 多边 形边 数 , 这 里取 =N 6 .0 磁 链 圆半 径 R 二 叽 · xT 2/ 兀 z[] , 额 定磁 链 时有 R 二 l , 从而 可确 定 T x 大 小 . 低 速 时 , 若要 吞 I 表 1 区 域电压矢 t 选择表 口(扔 正 矢量 对 反 矢量对 U 6 , 材 2 U Z , U 3 U 3 ,扮 l “ l ,“ 5 材 5 ,配礴 材 4 , 从 6 , /` ” ( , ) 少 ` / , / “ s , u 一 u 4 , u s u 6 , u 礴 u Z u 6 u 飞 , u , u l 、 “ 飞 娜 图1 两边逼近法

·360· 北京科技大学学报 1996年No.4 对磁链幅值进行补偿，只需调整T,值即可，可以事先按需要将各频段T,值存在一张表中， 实现时，根据频率控制段来直接读取相应的T,值.正多边形各段非零矢量选择及其作用时 间应分别按顺序制成表格存储在计算机中.但考虑到对T,的瞬时调整，实际存储的非零矢 量作用时间为标称量.则上式又可表示成： t1=Tx·T,2Tx·T2 式中T,T,为非零矢量作用时间标称值.这种查算结合的方式增加了系统的灵活性 为减少中断响应次数和提高控制程序运行速度，我们将正60边形共114个非零电压矢 量及相应作用时间标称值做成表格存储起来，占用内存量为342字节.当选择反矢量对以顺 时针方向逼近磁链圆时，可实现电机的反向运转. 在不插入零矢量时，我们对该PWM方法进行了仿真计算，其电源电压利用率高，变 频器输出与输人基波电压之比为1.011，优于正弦型SPWM方法.给定频为50Hz时，功率 器件开关频率为950Hz,相当于磁链旋转一周时每个功率开关切换次数为19次. 在【，，确定后，磁链的恒定控制就得到实现.调压变频的任务主要靠插入零矢量来完 成.通常，零矢量采用固定点的插人方式，一般在两个非零矢量的切换处，如图1中的B、 F、G各点.但随着工作频率的降低，零矢量在一点的作用时间加长，将引起磁链脉动增大， 造成电机转矩脉动.在正多边形边数不能增加的条件下，开关频率大大降低，功率开关管 得不到有效利用.为克服固定点零矢量插人法的缺限，我们引人瞬时分割零矢量插人法.它 是以逆变器开关频率为控制目标，根据系统给定频率要求，自动调整每个旋转周期内零矢 量插人的点数和作用时间 具体来讲，瞬时分割零矢量插人法是将非零矢量与零矢量的输出控制从硬件和软件上 分开来进行调节，非零矢量的状态表输出是按照预先安排好的固定顺序由某一级别的定时 中断服务完成，而零矢量则按给定频率瞬时计算好其应插人的位置和作用时间长短并由另 一级别的定时中断服务输出，最后再由硬件逻辑电路将两路脉冲列进行逻辑处理之后即可 生成控制所需的PWM脉冲.设给定频率为∫g，则在输出的非零电压矢量脉冲列中，合成每 条边的两段非零矢量输出时间按下式计算： t1=K·T1f,t2=K,·T2 这里K,是为保证定时精度而设置的计算系数. 磁链旋转一周内，设插人的零矢量总数为N点，则它应满足如下关系式： (19+N/3f 式中（为允许开关频率；八。取不超过[3(，19]的正整数；每个零矢量输出的有效时间长 度为：。(1听-T)N。;两零矢量之间输出间歇时间为，-1W。·)-。T,N。;则与的 关系又可写成。=1八。·f)-,按照，和值交替输出低电平和高电平即可产生零矢量脉 冲列. 3系统实现 图2是以NTEL8098单片机为控制器的磁链轨迹PWM系统硬件结构图.系统选用 12MHz晶振，其内部定时器1最小分辨率为2μs,最长定时时间可达131ms,可实现对 0.5Hz到50Hz给定频率所需的定时控制功能，并能保证有足够的定时控制精度.磁链轨迹

. 3 6 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 6年 N o . 4 对磁 链幅值进 行补 偿 , 只需 调 整 T x 值 即 可 , 可 以 事 先按 需 要将 各 频段 xT 值 存 在一 张表 中 , 实 现 时 , 根 据频 率 控 制段 来 直接 读取 相 应 的 xT 值 . 正 多 边形 各 段 非零矢 量 选 择及 其作 用 时 间应分 别按 顺序制成 表格 存储在计算机 中 . 但考 虑 到 对 xT 的 瞬时调 整 , 实 际存储 的非零矢 量 作 用时 间为 标称 量 . 则 上式 又可 表示 成 : 气一 xT ’ 兀 , 气一 xT · 几 式 中 T . , 几为非零 矢量 作 用 时间标称 值 . 这 种查 算结 合的方 式增加 了系 统的灵 活性 . 为减 少 中 断响应 次数 和提 高 控制 程序 运行 速度 , 我们 将 正 60 边形 共 1 14 个 非零 电压矢 量及 相应 作 用 时间标 称值 做成 表格 存储起 来 , 占用 内存 量 为 34 2 字 节 . 当选 择反 矢量 对以 顺 时针 方 向逼 近磁链 圆时 , 可实 现 电机 的反 向运转 . 在不 插人 零 矢量 时 , 我们 对该 PW M 方 法 进行 了仿真 计算 3[] , 其 电源 电压利 用率 高 , 变 频器 输 出 与输人 基波 电压 之 比为 1 . 0 11 , 优于 正 弦型 S P W M 方法 . 给定频 为 50 H z 时 , 功率 器件 开 关频 率为 9 50 H z , 相 当于磁 链旋 转一 周 时每个 功率 开 关切换 次数 为 19 次 . 在 t , , tZ 确定 后 , 磁 链 的恒 定 控 制就 得 到实 现 . 调 压 变频 的 任务 主要 靠 插人 零矢量 来完 成 . 通 常 , 零 矢量 采 用 固定点 的 插人 方式 , 一般 在两 个 非零 矢量 的切 换处 , 如 图 1 中的 B 、 F 、 G 各点 . 但 随着 工作 频率 的降低 , 零矢 量在 一点 的作 用 时间加 长 , 将 引起 磁链脉动 增 大 , 造 成 电机 转 矩 脉 动 . 在正 多 边 形边 数 不 能增 加 的 条件 下 , 开 关频 率大 大 降低 , 功 率开 关管 得 不到 有效 利 用 . 为 克服 固定 点零 矢量 插人 法 的缺 限 , 我们 引人 瞬 时分 割零矢 量 插人 法 . 它 是 以 逆变 器 开 关频 率 为控 制 目标 , 根据 系 统 给定 频率要 求 , 自动 调整 每 个旋 转周 期 内零矢 量 插入 的 点数 和作 用 时间 . 具 体来 讲 , 瞬时分割 零 矢量 插 人法 是 将非零 矢 量 与零矢 量 的输 出控 制 从硬 件 和软 件 上 分开 来 进行 调 节 . 非 零 矢量 的 状态表 输 出是 按 照 预先 安排 好 的 固定 顺 序由某 一 级 别的定 时 中 断服务 完 成 , 而 零 矢量 则 按 给定 频 率瞬 时计算 好其应 插 人 的位 置 和 作用 时 间 长短 并 由另 一级 别的定 时 中断服 务 输 出 , 最后 再 由硬 件 逻辑 电路将 两 路 脉冲列 进 行逻 辑处理之 后 即可 生成 控制 所需 的 P w M 脉 冲 . 设 给定 频率 为几 , 则 在输 出的非 零 电压矢 量脉 冲 列 中 , 合 成 每 条边 的两 段非 零 矢量 输 出时 间按下 式计 算 : ` l 一凡 ’ 乙呱 , ` 2 =K, · 几傀 这 里 K :是 为保证定 时精 度而 设 置的计算 系数 . 磁链旋 转 一周 内 , 设 插人 的零 矢 量总 数为 N 。点 , 则 它应满 足如 下 关系 式 : ( 19 + N0 /3巩fx< y 式 中 魂为允 许 开 关频 率 ; 戈 取 不超 过 3[ 认 , 傀 一 19) 〕的正 整 数 ; 每 个零 矢量 输 出的有 效 时 间长 度 为 : 0t 一 ( 1傀 一 xT )呱 ; 两零 矢量 之 间输 出 间歇 时 间为 t n 一 l(/ 戈 · 人) 一 0t 一 xT呱 ; 则 0t 与 tn 的 关 系又 可 写成 t厂 l(/ 戈 · 几) 一 ` 按 照 0t 和 。 值 交替 输 出低 电平和 高 电平 即 可产 生零 矢 量脉 冲 列 . 3 系 统实 现 图 2 是 以 IN T E L 8 0 9 8 单 片 机 为 控 制 器 的 磁 链 轨 迹 P W M 系 统 硬 件 结 构 图 . 系 统 选 用 12 M zH 晶 振 , 其 内部 定 时器 1 最 小 分 辨 率为 2 娜 , 最 长 定 时时 间 可 达 13 1 m s , 可 实现 对 0 . 5 H z 到 5 0 H z 给定 频率 所需 的定 时控 制功 能 , 并 能保证有 足 够 的定 时控制 精度 . 磁链 轨迹

Vol.18 No.4 肖资江等：一种新型单片机控制磁链轨迹PWM逆变器 ·361· PWM生成由两级中断控制.其中，非零电压矢量选择输出及作用时间控制由软件定时器零 中断服务完成，零矢量的选择输出及作用时间控制由HSO事件中断服务完成.这里，软件 定时器零中断级别高于H$0事件中断.系统主程序主要完成以下任务：系统初始化；启动 中断服务；通过8098片内AD通道对频率给定进行采样转换；计算N。、t,和t,等值以及 频率输出显示等等.系统允许开关频率设置为1000Hz. 单片机产生的非零矢量脉冲列和零矢量脉冲列分别至8255并行接口芯片PA口的PA,、 PA2PA,和PB口的PB,、PB,、PB,、PB,输出，控制逆变器三相桥臂GTR.后级采用的逻辑延 迟互锁电路如图3所示 +5V 频率 ACH 2764 给定 Intel 8098 PB PA 8255 逻辑延J隔离驱上 迟互锁广 动电路「 PB 图2系统硬件结构图 图3逻辑延迟互锁电路 G,和G2门用以产生PWM脉冲列，其输出逻辑为：Y=PA,·PB,+PB, 在tn时间段，可令PB,=1和PB,=0,则Y=PA,即输出为非零矢量脉冲；在t。时间段，可令 PB-0以封锁G,门，这时，Y=PB,即输出为零矢量脉冲.桥臂上下管互锁由G,非门实现， 并由门电路、二极管和电容组成硬件延迟电路，延迟时间设为30μ5.L信号线用在过流等事 故状态或停机时封锁GT℉触发脉冲输出.以一台2.2kW笼型交流电机为实验对象，成功 地实现了瞬时分割零矢量插人法磁链轨迹PWM系统的稳定运行，稳态实验波形如图4所 示.PWM控制系统所获得的磁链波形为近似圆形，电流波形接近正弦，系统运行良好 (a) (b) (c) d 图4稳态波形图 (a)50Hz,iA;(b)50Hz,w;(c)15Hz.i;(d)15Hz

v of . 18 N .o 4 肖资江等 : 一种新型 单片机控制磁链 轨迹 Pw M 逆变器 · 3 61 · PW M 生 成 由 两级 中断控制 . 其 中 , 非零 电压矢 量 选 择输 出及 作 用 时间控 制 由软 件定 时 器零 中断 服务完 成 , 零矢 量 的 选择 输 出及作 用 时 间控 制 由 H S O 事件 中断服 务 完成 . 这里 , 软件 定 时 器零 中断级 别 高于 H S O 事 件 中断 . 系统 主程序 主要完 成 以 下 任务 : 系 统初始 化 ; 启动 中 断服 务 ; 通过 8 0 9 8 片 内 A。 通道 对频 率 给定 fg 进行 采样 转 换 ; 计算 N 。 、 t 。和 t 。等值以 及 频率输出 显示 等等 . 系统 允许开关 频率 设置 为 1 0 0 H .z 单 片 机产 生 的非零 矢量 脉冲 列 和零 矢量脉 冲 列分 别 至 8 2 5 5 并 行接 口 芯 片 P A 口 的 PA , 、 PA Z 、 PA 3 和 P B 口 的 P B I 、 P B Z 、 P B 3 、 P B 7输 出 , 控 制逆 变器 三相 桥 臂 G T R . 后级 采用 的逻 辑延 迟 互锁 电路如 图 3 所 示 . 频 率 给定 -\ -/ K I hi t e l 8 0 9 8 2 7 6 4 逻辑延 迟互 锁 图2 系统硬件结构 图 图3 逻辑 延迟互锁 电路 G l 和 G Z 门用 以 产生 PW M 脉 冲列 , 其 输 出逻辑 为 : =Y P A 、 · P B 7+ P B I 在 t 。 时 间段 , 可令 P B 7一 l 和 P B 行0, 则 =Y P A , 即输 出为 非零 矢量 脉冲 ; 在 t 。时间段 , 可令 BP 7一 O 以 封锁 G , 门 , 这 时 , Y 一 P B I , 即输 出 为零矢量 脉冲 . 桥臂 上下 管 互锁 由 G 3非 门实 现 , 并 由门 电路 、 二 极 管和 电容 组成硬 件 延迟 电路 , 延 迟 时间设为 30 娜 . L 信号 线用 在过 流等 事 故 状态或停机 时封锁 G T R 触发 脉冲 输 出 . 以 一 台 2 . 2 k w 笼 型交 流 电机 为 实验 对象 , 成 功 地 实 现 了 瞬 时分 割 零 矢量 插 人 法磁 链 轨迹 P W M 系统 的稳 定运 行 , 稳 态 实 验波 形 如 图 4 所 示 . PW M 控制 系 统所 获得 的磁链 波 形为 近似 圆形 , 电流波 形 接 近正 弦 , 系统运 行 良好 . ( b ) 入产 O 图4 稳态波形 图 ( a ) 5 0 H z , i ^ ; ( b ) 5 0 H z , 劝; ( e ) 1 5 H z

·362· 北京科技大学学报 1996年No.4 4结论 带瞬时分割零矢量插入法的磁链轨迹PWM法采用硬件和软件相结合的方式实现了对 零矢量自动均匀地选择插入，自动调整了逆变器开关频率，系统结构紧凑，编程方便，查算 结合的方式提高了控制的实时性，节省了存储空间. 参考文献 1 Takahashi I,Noguchi T.A New Quick Response and High Efficiency Control Strategy of an Induction Motor.IEEE Trans Industry Application,1986,1A-22(5):820 ~827 2肖资江，全数字化交流电机直接转矩控制系统研究：[硕士学位论文]，北京：北京科技大学，1995 Novel Inverter of Flux Locus PWM Controlled by Single Chip Microcomputer Xiao Zijiang Li Huade Automation And Information Engineering College,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Based on the basic principle of flux locus control,then a new type of full digital control PWM inverter by 8098 single chip microcomputer is designed.The equilateral 60-side polygon of flux control is adopted in this system.A new method of instantaneous cutting of zero vector insertion is presented,instead of the fixed insertion method.It saves the storing space of table,improving the real-time nature of control. And the switching frequency of inverter is regulated automatically. KEY WORDS inverter,flux,voltage space vector

. 3 6 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 6年 N o . 4 4 结论 带 瞬 时 分 割零 矢 量 插 人法 的 磁链轨 迹 PW M 法 采 用 硬件 和 软 件 相 结 合 的方 式 实 现 了对 零 矢量 自动 均匀 地选 择插 人 , 自动调 整 了逆变 器 开关频 率 . 系统 结 构紧 凑 , 编 程 方便 , 查算 结 合 的方 式提 高 了 控 制 的实 时性 , 节省 了存 储空 间 . 参 考 文 献 1 T ak ah a s h i l , N o g u e h i T . A N e w Q u i e k R e s P o n s e an d H i g h E if e i e n e y C o n otr l S t r a t e gy o f a n nI d u e ti o n M o t o r . I E E E T ar n s ih du s try A P Pl i e at i o n , 1 9 8 6 , IA 一 2 2 ( 5 ) : 8 2 0 一 8 2 7 2 肖资江 全数字化 交流 电机 直接转矩控 制系统研究 :[ 硕士 学位 论文1 . 北京 : 北京科技大 学 , 19 9 5 N o v e l I n v e rt e r o f F l u x L o e u s P W M C o n tr o l l e d b y S i n g l e C h i P M i c r o c o m P u t e r Xi a o ijZ i a n g L i 11扮a de A u t o m a t i o n A n d I n fo mr a t i o n E n g i n e e ir n g C o l l e g e , U S T B , B e ij in g 10 0 0 8 3 , p R C A B S T R A C T B a s e d o n t h e b a s i e P r i n e iP l e o f fl u x l o e u s e o n tr o l , th e n a n e w yt P e o f fu ll d i g i at l c o n t or l PW M i n v e rt e r b y 8 0 9 8 s i n g l e c h i P m i e r o e o m P u t e r 1 5 d e s i g n e d . T h e e q u il a t e r a l 6 0 一 s i d e P o ly g o n o f fl u x e o n t r o l 1 5 a d o Pt e d i n ht i s s y s t e m . A n e w m e t h o d o f in s at n at n e o u s e u t i n g o f z e r o v e e t o r i l l s e rt i o n 1 5 P r e s e n t e d , i n s t e a d o f ht e if x e d i n s e rt i o n m e ht o d . It s a v e s t h e s t o ir n g s P a c e o f t a b l e , im P r o v i n g t h e r e a l 一 t im e n a ut r e o f e o n t r o l . A n d t h e s w i t c h i n g fr e q u e n e y o f i n v e rt e r 1 5 r e g u l a t e d a u to m a t i e a l ly . K E Y W O R D S in v e rt e r , fl u x , v o l t a g e s P a e e v e e t o r