摘 要

礦用電機車是煤礦生產(chǎn)中的一種重要運輸裝置，其一直沿用直流電動機驅(qū)動。由于電刷維護(hù)和換向器火花等缺點，使得礦用電機車直流傳動系統(tǒng)的運營成本高，運行可靠性低，維修費用高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用電力電子變流器的交流傳動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制的出現(xiàn)，交流調(diào)速的性能得到了很大的進(jìn)步，而交流電機比直流電機功率高、效率高，而且沒有電刷和換向器，減少了維護(hù)成本。所以在礦用電機車上，交流電動機取代直
流電動機已經(jīng)成為必然趨勢。
論文針對這個系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計和開發(fā)，設(shè)計了基于SVPWM的矢量控制系統(tǒng)。采用了TMS320F2812芯片來完成矢量控制，產(chǎn)生所需的SVPWM。設(shè)計采用了IPM智能功率模塊作為逆變器件,TMS320F2812和IPM模塊的采用大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計。IPM受到DSP輸出的SVPWM控制產(chǎn)生電動機所需的三相電壓，然后對電機進(jìn)行電流、轉(zhuǎn)速信號檢測，送入DSP根據(jù)矢量控制算法進(jìn)行分析計算，再生成相應(yīng)的SVPWM信號。最后在實驗對整個設(shè)計進(jìn)行了驗證。實驗證明，系統(tǒng)調(diào)速性能良好，能夠滿足實際應(yīng)用的要求。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；矢量控制；空間矢量 礦用電機車；DSP；














Abstact

Mine electric locomotive is all important conveyance in coal production．It hasalways been driven by DC motor．It has some disadvantage such as the maintenance ofbrush and the spark of commutator,which making high operating costs，low operational reliability,high maintenance cost．With the development of power electronics technology,the AC drive system based on power electronic converters can be realized．Especially after the realization of LSI and Compmer Controling，the performance of AC variale speed has been improved a lot．AC motor has a lot of advantages over DC motor．These characters include its higher power and efficiency,brushc and commutator,the lower cost of maintenance．So it is all inevitable trend that the DC motor will be replaced by DC motor to be used on mille electric locomotive．
Then I designed the hardware circuit and s01．a(chǎn)re program of the vector control system based on SVPWM．Because the caltulation work of the vector control is huge， the TMS320F2812 chip is used to realize the vector control and make the SVPWM． The design uses IPM as the inverter device．The using of TMS320F2812 and IPM greatly simplifies the system design．IPM which is controlled by the SVPWM generates 3-phase voltage for AC motor．The system detectes the current and the speed to send them to DSP,then DSP analyzes and cMculates these signed according to the vector controlalgorithm to generate the SVPWM signal．At last the experiment to validate this design was made in lab．The experiment testified the system has a betteradjustable—speed performance．The system meets the requirements of pratical applications．

KeyWords：variable—frequency adjustable-speed,DSP,mine electric locomotive，vector control，applications．space vector



目 錄

摘 要 i
Abstact ii
第一章 緒論 1
第一節(jié) 研究背景 1
第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
第三節(jié) 交流調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展 2
一、交流調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)況 2
二、異步電動機交流調(diào)速的基本類型及特點 2
三、交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 3
四、脈寬調(diào)制技術(shù) 5
第四節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦用電機車上的應(yīng)用 5
第二章 異步電動機及矢量控制系統(tǒng)的原理 7
第一節(jié) 異步電動機數(shù)學(xué)模型 7
一、三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 7
二、坐標(biāo)變換 12
三、三相異步電動機在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 15
第二節(jié) 矢量控制系統(tǒng)原理 16
一、矢量控制系統(tǒng)的基本思路 17
二、異步電動機矢量控制系統(tǒng) 17
第三節(jié) 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù) 18
一、正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù) 18
二、電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù) 19
三、空間矢量SVPWM的實現(xiàn) 24
第四節(jié) 礦用電機車矢量控制系統(tǒng) 27
一、礦用電機車系統(tǒng)設(shè)計 27
二、礦用電機車控制系統(tǒng)模型及分析 28
第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 30
第一節(jié) 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 30
第二節(jié) DSP電路板設(shè)計 31
一、TMS320F2812的主要性能特點 31
二、TMS320F2812電路板相關(guān)電路設(shè)計 31
第三節(jié) 系統(tǒng)主回路設(shè)計 33
一、升壓斬波電路 34
二、直流濾波電路 35
三、逆變電路 35
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 39
第一節(jié) 引言 39
第二節(jié) TMS320F2812DSP的核心結(jié)構(gòu)及功能模塊 40
一、TMS320F2812 DSP的核心結(jié)構(gòu) 40
二、中斷系統(tǒng) 42
三、事件管理器EV 43
四、ADC模塊 44
第三節(jié) 控制系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計 45
一、軟件編制流程 45
二、控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 45
第四節(jié) 控制系統(tǒng)軟件具體模塊 47
一、矢量控制中的坐標(biāo)變換 47
二、轉(zhuǎn)速觀測 50
三、電流檢測 53
四、SVPWM的DSP實現(xiàn) 55
總結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 61
外文資料 63
中文翻譯 66
附錄 69
致謝 70