基于DSP的变频器设计+程序(3)
1.1.2 数字信号处理器的发展 随着微电子技术的不断成熟，数字电子技术已经逐步的取代了模拟电子技术，数字控制系统不需要大量的外围电路，使得实现更快速、更高精度、更可靠和更加集成化的控制系统成为可能，为控制系统高速实时实现复杂的控制算法提供了硬件保障[4][5]。数字信号处理器（Digital Signal Processor）是伴随着电子技术的快速发展和数字信号处理理论与技术的不断完善而开发出来的现代高速可编程处理器。它是为了满足数字信号处理与实时控制而制造的一类处理器，具有特殊的芯片架构和指令集[6]，较之于单片机、PLC 等处理器具有运算速率更快、性能更强、信息处理更具及时性等优点，在一定程度上更具一定的优越性。 美国德州仪器（TI）公司生产的 DSP 芯片 TMS320F28335 十分适合用于电动机的数字化控制范畴，可以为传动控制系统提供更优越、高性能、更具稳定性的数字信号处理。具有更多的控制外设，其中，最多可达 18个PWM输出，6个HRPWM输出、6个事件捕获输入、2 个正交编码接口、3 个 CPU 定时器、16 个通道的 12 位高精度模数转换模块。可以输出对称或不对称的 PWM波形，并对输出的PWM 波形进行死区控制以防止逆变器上下桥臂的电子元器件同时导通，具有能完成更多功能的错误出发及故障诊断功能。 这些都在一定程度上减少了产生逆变器控制信号的 CPU开销和减小的系统开发的时间。集成的这些电机控制外设也使得电动机控制系统的外部硬件电路得到了极大的优化。 1.1.3 脉宽调制技术 脉宽调制（Pulse Width Modulation-PWM）技术最初由德国人提出，是通讯领域中调制技术的进一步延伸，为现代交流调速技术的运用开辟了一条新的发展道路。40多年以来，PWM 技术自身不断的发展，现已经普遍地应用到交流调速系统中。PWM 技术在电动机变频调速领域的应用减少了逆变器输出电流的谐波分量、降低了噪声、减小了电动机转矩脉动，改善了电动机变频调速系统的性能。 目前在实际工程应用中主要采用的 PWM 技术是正弦 PWM（SPWM）技术和电压空间矢量PWM（SVPWM）技术。传统的SPWM 控制主要使逆变器输出的电压尽量接近于正弦波，并不考虑输出的电流波形。SVPWM 技术是把逆变器和交流电机看做一个整体，以产生圆形旋转磁场来控制逆变器的运行，具有更高的直流电压利用率。SPWM 技术易于使用硬件电路实现，而 SVPWM 更适合运用于数字化控制系统。以数字信号处理器为核心的控制系统，SVPWM应该是优先考虑的调制技术[7][8]。
1.2 变频器的发展与现状 通用变频器是随着电力电子技术、PWM 控制技术的发展而出现的一种交流电动机变频调速装置。目前，变频调速技术已经很成熟，随着新的电力电子器件的出现，新的变频技术的不断出现，变频器得到了普遍的发展。目前变频器种类繁多，各有千秋，但是也有很多共同点。 早期的变频器主要采用开环恒压频比（U/F）控制方式，如三菱公司的FR-S500 系列、FR-F500 系列等，主要应用在风机、水泵等负载上。其成本低、控制结构简单源[自-优尔*`论/文'网·www.youerw.com/，但是系统性能不是很好。主要表现在：控制曲线受负载影响较大；基于电动机稳态数学模型，动态性能差，转矩响应慢；调速范围较小；低速时受逆变器死区效应及定子电阻的影响，导致系统的稳定性降低[9]。 目前高性能的变频器主要采用的控制方式是：矢量控制及直接转矩控制，它们都是交流调速系统中使用最普遍、并已经在工业系统中得到应用的控制方式[10]。矢量控制的思路是通过坐标变换，在按转子磁场定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，依照直流电动机的控制方式来控制磁链和电磁转矩，再将转子磁链定向坐标系中的控制量进行反旋转变换得到静止坐标系中的控制量， 最后加以实施控制。缺点是转子磁链计算受到转子电阻的影响，导致转子磁链的定向精度不高，由于需要进行旋转坐标变换，系统结构复杂，导致实际的现象与理论有一定的差距。直接转矩控制另外一种高动态性能的交流电动机控制方式。 其控制的基本思想是根据定子磁链幅值偏差、 电磁转矩偏差和当前定子磁链矢量所在的位置， 选择合适的电压空间矢量，使得定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差减小，控制了定子磁链和电磁转矩。其不受转子参数的影响，不需要像矢量控制那样进行旋转变换，优化了系统结构，转矩的响应速度变快，但由于转矩和定子磁链采用砰-砰控制，不可避免地产生了转矩和电流的脉动，低速时的控制效果不理想，调速范围不够宽，限制了其大范围的应用。 近年来，随着生活水平的提高，更多的人开始关注起生活的环境品质，提出了建设节约环保型社会的发展模式。因此，低噪声、节能型变频器是以后的发展趋势。就目前而言，变频器的发展主要表现在以下几个方面：（1）变频器将越来越小型化、轻型化。（2）高性能、高精度、多功能化。（3）开发生产清洁环保的电能变流器，使得变流器的功率因数得到提高，减小变流器网侧和负载侧的谐波分量，从而减小对电网的电磁干涉。
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