[發明專利]一種基于VME總線的三相異步電動機矢量控制系統

無效

• 申請號: 201110033019.2
• 申請日: 2011-01-30
• 公開（公告）號: CN102082542A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 賴春山;彭開香;曹桂水
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/06
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬交流電機控制系統領域，特別是提供了一種基于VME總線的PowerPC+DSP的三相異步電動機矢量控制平臺，通用性強，具有抗干擾能力；主CPU完成基本控制功能，并完成信號的采集與處理；輔CPU完成電機控制，輸出12路PWM脈沖，滿足三電平整流及逆變的需求。主、輔CPU之間利用VME總線實現信息交換，背板總線為國際通用的工業標準VME總線，系統具有一定的開放性，以方便用戶的擴展。

背景技術

現代交流調速技術是20世紀后期人類社會的重大進步之一，其發展速度之快，應用覆蓋面之廣是前所未有的，它使得電機這一古老的機電能量裝置得到新的發展和廣泛的應用，極大地提高了工農業的生產效率，改善了人們的生活質量。

長期以來，由于科學技術發展水平有限，鑒于直流電動機與交流電動機相比具有優越的調速性能，所以高性能的調速系統一般采用直流電動機。但是，直流電動機本身結構上存在機械換向器和電刷等器件，這給直流調速系統的容量和應用場合帶來了一系列的限制。20世紀60年代以后，由于生產發展的需要和節省電能的要求，促使世界各國重視交流調速技術的研究和開發。尤其是自從20世紀70年代矢量控制技術發展以來，使得交流調速系統在動、靜態性能上能夠與直流調速系統相媲美，矢量控制的控制思想給高性能的交流調速技術奠定了理論基礎。但是，受限于電力電子器件的發展，當時PWM逆變器剛剛出現，GTR和GTO尚處于開發初期，矢量控制系統采用的逆變器均由晶閘管構成。這種逆變器不僅體積大、質量重，而且無法適應急劇的加速和負荷沖擊，大大限制了矢量控制器的應用范圍。

隨著電力電子器件的發展、新型電路變換器的不斷出現以及微處理器的功能日趨強大，使得交流調速技術正向高頻化、數字化和智能化的方向發展，幾乎所有新的控制理論、控制方法都可以在交流調速裝置上嘗試和應用，這使得矢量控制技術得以在調速領域中發揮其出色的控制性能。但控制理論的不斷完善也伴隨著控制算法越來越復雜，這就對計算機的處理能力要求越來越高。為了使一些復雜的、有用的控制算法在工業中得到充分應用，提高工控機的處理能力和運行效率，應用輔助CPU系統分擔部分主CPU的運算任務，組成并行處理器系統并行處理，從而提高系統的實時性和可靠性，將是一可行的途徑。

同時，先進的控制系統主要用于處理復雜生產過程，伴隨的是控制算法的復雜化，進而對系統的硬件提出了更高的要求，特別是在實時性要求較高的場合，更需要有強大數據處理能力的系統保證。本發明所設計的三相異步電動機矢量控制系統，采用兩塊CPU參與運算，一塊用于辨識與優化控制器參數，另一塊作矢量控制CPU。

通過對并行處理技術和多處理系統設計原理等理論的研究，提出了處理器之間基于VME?總線方式通信的并行多處理系統的設計方案。系統的設計主要包括輔助處理系統的硬件和邏輯設計。

綜上所述，對于要求寬調速范圍、高穩速精度、快速動態響應及四象限運行的三相異步電動機矢量控制系統的控制來說，要求所設計的控制系統應該具有開放性，可擴展性，可靠性，較多的可調參數，較大的使用適應性，不太復雜的安裝和維修，同時應該不受復雜工業過程環境、工況等惡劣因素的影響，可以確保在復雜環境下完成對三相異步電動機矢量控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三相異步電動機矢量控制系統，提高電動機矢量控制精度。其具有系統開放性好，可靠性高，容錯能力強，抗干擾能力強，安裝簡單，適應性強，在負載變化的復雜環境下可以正常連續工作，同時配合DSP在發PWM脈沖方面的優越性，引入比較成熟的電動機矢量控制方法以及先進的控制理論，設計了DSP作為輔助CPU，PowerPC作為主CPU的數字控制系統，保證了系統運行的穩定性和實時性。

本發明提供的三相異步電動機矢量控制系統采用Power?PC+DSP并行處理結構，系統設計分為主處理系統和DSP輔助處理系統兩部分。主處理系統采用通用的硬件平臺，選購的是Motorola公司的PowerPC8245單板計算機，主處理系統主要是進行軟件設計開發；DSP輔助處理器系統完全自主設計，核心DSP芯片采用TMS320F2812；主輔處理器之間通過VME總線構建并行處理器框架。