空间矢量异步电机变频器

《空间矢量异步电机变频器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空间矢量异步电机变频器（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2011 -2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛项目报告题目：空间矢量优化算法控制的异步电机变频调速器学校：浙江大学组别：专业组应用类别：先进控制类平台：C2000， F28035空间矢量优化算法控制的异步电机变频调速器摘要（中英文）我们设计的异步电机变频调速器以 TMS320F28035芯片为控制核心, 通过输出三相PWM波控制智能功率模块IPM驱动三相异步电机。我们使 用空间矢量SVPWM算法，并对其进行了优化。采用检测反电势的方法省 去了昂贵的光电编码器，大大节省了成本。同时开创性的研发了自动根据运 行环境调节的自适应变频算法，使我们的变频调速器可以在电网条件恶劣的 乡村山区工

2、作，由此该变频器已被一家民用水泵生产企业预订。关键字 变频器 TMS320f28035 IPM SVPWMIn our desig n, the asynchronous mach ine in verter based on the chip of TMS320F28035 drives the three-Phase asynchronous mach ine by sending three-phase PWM waves to the IPM, which is short for theIn tellige nt-Power-Module. The SVPWM (space vect

3、or pulse width modulatio n) strategy is applied to our control algorithm and we optimize it mainly in two aspects. Firstly the inv erter detects the speed by measuri ng the Back EMF in stead of in stalli ng an expe nsive photoelectric en coder for costs reduct ion. Secon dly, by mea ns of our no vel

4、 adaptive freque ncy conv ersi on con trol strategy, the invert can be used in areas with poor power supply condition such as village and mountain areas. Now this desig n is booked by a water pump manu facturi ng en terprise.Keywords： Inverter TMS320f28035 IPM SVPWM1. 引言由于地下水位下降，农村和山区的水井需要打得更深才能打到水。

5、 水井 深了抽水便成为问题。一般的水泵的抽水深度只有五到六米，遇到深井就力 不从心。水的初速等于叶片转速，设为 V，根据自由落体定理，水的上升高 度为0.5*v2/g，可以得出水上升高度和速度平方成正比。叶片速度正比于电 机转速和叶片半径的乘积，想要提高叶片速度可以通过增大叶轮半径或者增 加电机转速实现。但是叶片半径受到水井直径的限制无法增加，所能改变的 只有电机转速。如果电机转速增加一倍，抽水深度就变为原来的四倍，深水 井抽水的问题就可以解决了。由于异步电机的转速为同步转速X （1-转差率），所以电机转速小于同步 转速。同步转速由频率决定：n=60f/p。因此在工频电下，两极电机转速小 于3

6、000转，四极电机小于1500转。再想增加电机转速只能通过使用变频器 发出高于工频的三相电驱动电机。在农村和山区通常只有单相电，而单相异步电机的效率只有75%左右，远远小于三相异步电机，通过使用变频器，可以生成三相电驱动三相异步电 机，是整个水泵电机系统的效率大大增加。由于打井的位置常常远离输电线路，一般水泵的供电线路有5001000m 长，线路的压降很大，据测算电机的端电压往往只有150V。于是电机的正常启动变得困难。因此我们需要设计一款能够适用于恶劣电网环境，可以在低电压条件下启动的电机变频调速器。2. 系统方案2.1性能指标我们所选用深井水泵用异步电动机的主要性能参数：三相2极鼠笼异步电

7、机，额定功率1.1KW，额定线电压220V，额定频率50Hz, 最大频率110Hz。根据所要驱动电机的要求，本着发挥硬件最深潜力，又要以实用为主的原则，我们为变频器定下如下性能指标:额定电源 电压额定电源 频率额定功率过负荷能力输入电压 范围输出频率 范围输出频率 变化精度1PH*220V50Hz3KW150% 30 秒90230V0200Hz1Hz开关频率频率变化速度再生制动力矩控制方式1控制方式2PWM方式v=10KHz2Hz/s20%恒V/F比:恒功率控制空间矢量2.2总体介绍我们设计了两种配置方法配置变频调速器。分别是实验室配置方式和产品配置方式。实验室配置方式使用功能强大的上位机调试

8、控制软件，产品配 置方式使用数码管和键盘进行傻瓜式的人机交互。 本文中，我们将依照实验 室配置方式来介绍。本设计以稳定，高效，智能化为设计目标，在高稳定性硬件设计的基础 上,极力发挥F28035的运算机能和控制能力。本系统由四个主要模块组成，1、上位机控制软件，实现人机交互功能。2、处理芯片TMS320F28035，即主控制器。3、智能功率模块IPM。4、三相异步电动机。各模块之间的关系见下图。上位机使用RS-232串口将配置参数和运行方式发送给DSP，DSP产生SVPWM开关信号，控制智能功率模块IPM。 IPM将整流得到的直流电压逆变为三相空间矢量电压，加载在三相异步电机上，控制电机转动。

9、同时，DSP上的ADC模块将时刻监测直流电压和 电流，经过程序运算，组成过欠压和过流保护模块。我们还使用GPIO输入引脚测量三相反电动势，经过运算测量电机转速，组成速度闭环。驱动A M（图1系统整体方案）三相异步电机2.3 SVPWM空间矢量算法SVPWM的基本原理是空间伏秒平衡原理。由于异步电机的三个开关量只能 够组成8种离散状态，我们引入“单位时间内平均空间矢量电压”的概念，通过 组合这8种矢量，合成一个在空间内以一定速度、一定幅值旋转的矢量调制波形。 设Uu、Uv、Uw为异步电机三相a、b、c的电压空间矢量，则如图1 LIO：1 Vfnrg/ 有 Uout =Uvd 2Uw&4UuUd

10、2UvUw2Ud3即图2。其中L0QQ和Um为零矢量。空由八种开关状态我们构成空间矢量图， 间矢量表这里省略。根据伏秒平衡原理，我们得到Uref *T Ux*Tx Uy*Ty Uq*Tq其中Uref为希望得到的电压矢量；T是采样周期；Tx、Ty、TQ分别是两个 非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U Q在一个采样周期的作用时间；其中 UQ 可以是U)qq或者Un。本设计采用七段式 SVPWM，如下面左图图4由右图我们可以根据伏秒平衡原理,推导出在一个时间周期内，相邻两个空间电压矢量为合成期望的电压矢量所分别作用的时间_ _t Uav sin( 6Q )U1 = T1 sin( 12Q )式中,U

11、av为期望的电压矢量；U1和U2为两个相邻的空间电压矢量，幅值上U1 = 。由此可得:Uav Uavt1 = 13 肓 sin (60-BT，t2 = 3 矿 sin ( T )在空间坐标系中，每隔60我们划分一个扇区，从0到360分别为1、2、3、4、5、6扇区。经过电压合成公式推导，我们得到这六个扇区的时间占空比 公式：ala_扇区 1: t1QQ cos( )T sin( )T，t110. 3 sin( )T2 2扇区2:t1003cos( )T2 sin( )T2t0103cos( )T23 sin( )T2扇区3:t010.3sin()T，t0113 cos( )T2sin( )T2

12、扇区4:t0113(cos(2)T3 / sin(2)T，t001、3sin( )T扇区5:t0013(cos(2)T3 si n(2)T，t101|cos( )T 弓 sin( )T2 2扇区6:t101.3sin()T，t1003cos( )T3 sin( )T其中T = Ta * Uav / Ud , Ta为PWM计数周期，Uav为期望的空间矢量电压 长度，Ud为直流电压。而由这六个扇区的占空比公式，我们就可以得到六路PWM波的具体占空比 了。例如在扇区1，我们将尾标有两个1的t认为是t1，尾标有一个1的认为是 t2,则a、b、c三相PWM的具体占空比为Ta = tO + t1 + t2

13、Tb = tO + t1Tc = tO2.4异步电机无传感器测速算法使用变频变压(VVVF )控制的开环系统，动态性能差，存在加减速性能和 负载抗干扰性能不理想等缺点。这会导致电机在变频过程中有冲击电流， 无法顺 利上升到预定转速。在电机被设定为一个无法到达的转速时，会长期工作在大转 差率状态甚至会突然堵转导致过流。因此监测转速，控制转差率非常重要。通常 采用光电码盘、测速发电机来进行转速检测。但是速度传感器的安装麻烦，而且 成本高，对于水泵系统来说不适宜。这时应该使用无传感器测速方法。常见的无传感器测速方法有利用电机方程式直接计算法，模型参考自适应 法，扩展卡尔曼滤波法等。但这些方法大多从理

14、想条件下的电机数学模型出发， 在不同程度上依赖于电机的参数和运行状态。 当电机参数变化时，系统控制性能 变差而且有些方法过于复杂，给具体方案的实现带来了很大的困难。 我们寻找到 一种基于磁链观测的转子速度估算方法， 基本原理是结合磁链的电压模型和电流 模型，通过加权计算出磁链，由磁链矢量关系可知，同步旋转速度3S为：P和 -九和屮 J*%/滑差频率的计算公式在不同的参考坐标系下有不同的表达形式。在转子磁场定向控制中:则辨识的转子转速为：2.5智能变频算法为了使异步电机能够不需要手动变频地达到一个最快的运行速度，发挥电机的安全稳定极限功率，我们提出了一个基于恒转矩控制一一恒功率控制的智能变 频算

15、法。在这个算法中，输入量是当前发出的 SVPWM频率，三相电压电流值， 电机转速等，输出量是更新后的目标频率和目标调制度。 在恒转矩控制中，根据交流异步电机定子感应电动势公式：U lr E E 4.44 fn k K?f，我们为保证磁通恒定，等速增加 SVPWM频率，同时等比增加调制度。当 SVPWM的 频率值达到恒转矩控制一一恒功率控制的拐点时， 进入恒功率控制模式。在该模 式中我们重点监测转速随频率增加的速度 （即转速变化率），滑差系数和三相电 流值。这三个参数经过逻辑运算后，超过设定的阈值，或者严重超过阈值时，变 频器将停止增加SVPWM频率或者降低频率。3.系统硬件设计我们设计的异步电

16、机变频调速系统主要由TMS320F28035控制芯片IPM,智能模块，整流桥，稳压电容，光耦芯片，电机组成。（图6硬件电路结构图）3.1主要元器件选择3.1.1DSP 选择本电机调速系统采用TMS320F28035作为控制芯片，该芯片支持浮点 运算，EPWM单元，12位精度AD，SCI模块，符合系统需求。同时价格比 较低，有利于控制成本。TMS320f28035芯片具有浮点运算单元，在需要浮点数运算的时候可以 大大增加效率。电机的高性能控制方法如矢量控制都需要大量的浮点计算。 对于定点DSP必须采用很多技巧来回避浮点运算，但仍然力不从心，而且 容易出错。具有浮点功能的这款芯片可以轻松地实现各种

17、复杂算法，提高整个系统的性能。TMS320F28035具有7个EPWM单元，本系统中使用了其中三个用来 生成三相PWM波控制三相异步电机。这三个单元是独立的。因此可以灵活 配置生成SPWM波或者SVPWM波。TMS320F28035具有16个12位精度AD输入，完全可以满足本系统所 需直流母线电压检测，直流母线电流检测和过流保护的要求。 从而不需要外 置AD，简化了电路，减少了成本，增加了系统的稳定性。TMS320F28035具有SCI模块。我们使用它与上位机进行通讯。 这是我 们的实验室控制方式。在这种控制方式下，可以直观的使用鼠标启停电机， 改变电机运行方向，控制电机频率，检测电机电流，电

18、机转速。我们正在尝 试在上位机生成电机电流波形，以更好的对电机运行状况进行监测。3.1.2智能功率模块的选择我们设计的电机调速系统功率为 3KW，适用电网电压为110250V。估 算IPM的额定电流应大于3000/220=13.6A。考虑到工作时的电流裕量我们 应选择额定电流为20A的IPM。载波频率越高，谐波次数越高。由于电机绕组类似于电感，谐波次数越 咼，谐波电流越小。因此越咼的载波频率越有利于减少谐波电流，使电机运行更加平稳，噪音更小。我们设计的载波频率为10KHZ，因此应该选择最大频率大于10KHZ的IPM。死区会导致电流波形恶化，谐波增加，所以我们希望越小越好，但很小 的死区会导致成

19、本增加。平衡成本和质量，死区应该小于等于2微秒。根据以上要求，我们对比了 FSBB20CH60B，PS21964, SCM1110MF等几款智能功率模块，最终我们选择了 FDBB20CH60B。他的性能指标如下:IPM适应电网电压额定电流最大载波频率死区时间FSBB20CH60B10025020A20KHZ2微秒此外这款功率模块还具有内置自举电路，只需要一个15V电源供电简化了电路设计。3.1.3光耦芯片选择虽然中小功率智能模块的PWM信号可直接有DSP提供，但是为了稳 定起见，我们采用了光耦芯片将IPM和DSP隔离。常用的低成本光耦芯片 有TLP-521和6N137。由于使用光耦隔离的是 P

20、WM信号，频率为10KHz，同时为了保证控制的实时性，应选择上升下降时间小，速度快的高速光耦芯 片。由此我们选择了 6N137。它的上升时间和下降时间如下Enable Pro pa gat on Delay Time :o Output High Level (Fig,佝ttLM-15-If -人5mA. V医萨3$讥Cl - l5pF, Rl=350OEnable Propagation DelayTime to Output Low Lsvol (Fig,罔tEHL-15*nsIf = 7.5mA, VEh=3 5V.Cl= 15pFf 甩=35(X1在测试情况下为15ns,而TLP-52

21、1为15微秒左右由于6N137光电管的驱动电流为7.5mA，超过了 28035GPIO的驱动能 力正负4mA，因此选用74lvc07驱动6N137。74LVC07的延时为2.2ns,符 合我们对低延时的要求。3.2硬件电路设计3.2.1上位机和按键与显示电脑上位机（图7上位机控制和矩阵键盘+数码管控制）本异步电机变频调速器采用了两种控制方式，一种是实验室配置模式即 使用电脑上位机进行控制，另一种是产品控制方式即使用矩阵键盘 +数码管 控制。电脑上位机与28035最小系统板的连接采用SCI通讯。最小系统板的 SCI信号SCIRXDA和SCITXDA经MAX232芯片处理后通过串口线与电脑 的串口

22、连接。由于笔记本电脑没有串口，可以使用 USB转串口模块。此外我们还寻找到一种采用PL2303的模块，可以将SCI信号转换为USB信号, 直接使用笔记本上的USB与单片机连接，大大方便了使用。数码管和矩阵键盘使用了单片机的 GPIO引脚。为节约引脚，我们采用 了 MAX7219芯片驱动4位7段数码管。它只需要3根信号线，且具有锁存 功能，大大减少了单片机显示所需工作时间，降低了编程难度。3.2.2单片机最小系统板与驱动板的连接驱动板主要由IPM智能模块，整流桥，稳压电容，光耦芯片组成，单 片机的信号通过排线与驱动板连接，这里简单介绍一下信号线的内容。:.口PI152诞31745百錨781CU

23、-+二RELAY：EroTFAVLTt1DC0 UEKCMtMV WEE（图8驱动板连接排线）左半部分为单片机的信号输出：UH0、UL0、VH0、VL0、WHO、WLO 为 PWM 波信号线。RELAYO为继电器控制信号。LED1LED3为信号灯。右半部分为单片机的信号输入：FAULT0为智能功率模块的故障信号经 74HC14电平转换出的3.3V信 号。IDC0和UDC0分别为直流母线电流信号和直流母线电压信号，都经过 驱动板上的运放隔离放大。PWMU、PWMV、PWMW为电压比较器处理的反电势信号， 为数字量， 用于检测电机转速。SC为IPM短路保护输入，IDC2时直流母线电流经运放放大的信

24、号， 它的放大倍数可调。在需要使用IPM短路保护功能时可以将SC和IDC2短 接。3.2.3驱动板设计PWM信号驱动板排母P1整流f.功率电阻短接IPM三相反电势数字信号220V交流电源2*470UF 电容300VD直流母线电压电流整流桥QO3V ml放运三相反电势6n 137光耦隔离芯片内部有发光二极管和感光元件构成。当发光二极管点亮时感光元件导通输出低电平，反之由上拉电阻上拉输出5V。由于驱动发光二极管电流要7.5mA，超过GPIO最大电流4mA，因此需要一个驱动芯 片。74LVC07芯片集成了 6个集电极开路的三态缓冲器。当输出低电平时 灌电流可达50mA，满足驱动6n 137需求，而输

25、出咼阻态时虽然不是咼电平， 却依然可以达到使发光二极管不发光的效果。从而使用74LVC07和6n 137实现了将单片机和功率模块隔离的功能。220V交流电源经桥式整流芯片3504整流后为300V脉动的直流。使用 两个450V耐压470uF的电容进行稳压，输出直流母线。为了在上电瞬间保 护稳压电容，所以在电容前串接功率电阻，而在母线电压上升到工作值时， 使用继电器短接功率电阻，节约电能。这一点是通过单片机检测直流母线电 压，向继电器发出信号实现的。由于继电器需要12V，75mA的驱动信号，所以采用IRF7805mosfet对单片机信号进行放大。直流母线电压和电流的模拟信号需要运放进行隔离和放大。

26、考虑到TMS320f28035是一个3.3V的单片机，GPIO只能接受03.3V的信号。于 是选择了低压差的运放LMV324，使用3.3V的电源电压，这样运放的输出 电压为03.0V，对单片机永远是安全的。运放使用了标准的电压放大器接 法。在输入端使用了 Ds15和DS16两个肖基特二极管对输入信号限幅。同 时用一个0.01uF的旁路电容C87。4.系统软件设计在系统软件设计中，主要分为上位机（PC）软件设计和下位机（DSP）程序 设计。上位机的监控软件使用 C+编写，采用开源Qt By Nokia v4.7.3库，拥有 柔和的界面，直观的波形输出功能，和全面的控制能力；下位机程序和上位机通

27、过USB转232串口连接，具有双向通讯功能。下位机程序设计包括具有热启动 热配置功能的系统主框架设计；通过对由SCI发来的数据包解码从而可重复初始 化的，初始化模块程序设计；全部模块化封装的算法实现部分； 全局宏定义和全 局参数组设计。本文将详细介绍主框架流程、SVPWM算法流程、SCI热配置流 程和智能变频模块流程。由于异步电机无传感器测速尚在算法研究阶段，本文只在前面介绍其基本思想。其余的模块非主要模块，代码中有详细注解，此处省略。对与上位机，其结构符合 Qt程序规范，由于代码量较大，而且只起到辅助 实验功能，所以这里只介绍其功能、用法与特点。附件中备有上位机软件Release 版本一份，

28、可供查看。注：上位机软件可在 winXP、winVista、win7系统下运行，需要在运行前装 载vs最小运行库。4.1下位机程序设计下位机程序各模块的联系如下图。初始化模块包含三部分，一部分是系统刚开始运行就立即执行， 包括系统初 始化、GPIO初始化、SCI初始化和CPUTimerO的初始化；一部分是在SCI配置 过程中的初始化，包括 ADC初始化和EPWM初始化；除此以外PIE中断向量 的初始化在系统启动时和SCI配置时都要进行。算法模块分为四个主要算法，包括 SVPWM演算、智能变频、智能调压、 无传感器转速计算。功能模块包括一些功能函数（如各种延时函数）、串口通信借口、过压过流 保护

29、、异步电机失速保护、全局宏定义、全局结构体（参数组）定义等。4.1.1主框架流程图系统的主框架如下图所示。程序启动后开始系统初始化，然后进入主循环， 但此时EPWM和ADC模块都是闭锁状态，电动机并不会运行。如果dsp芯片已 经通过USB转232串口连接好电脑，那么可以打开ExMainWindow.exe，设置好 串口参数（波特率9600,校验位NONE，数据位8,停止位1），打开串口，设 置好配置参数（初始频率值，设定频率值，是否反馈，正转/反转），单击“配置下发”键。此时SCI中断程序将根据不同的包头标志解包，将参数配置进全局参数组，此时EPWM初始化，ADC根据指令决定是否初始化，系统进

30、入等待运 行的状态。如果这时点击“开机”，EPWM的TBCLK将开启，电机启动。另外，如果在上位机软件中点击“智能启动”按钮（那个闪电状图标），电 动机将经过自动配置后直接开机。此时变频器将不再运行到面板中设定的频率， 而是会一直增加SVPWM的频率，直到达到电动机的安全稳定极限工作频率。 在电动机运行的任何时刻，如果单击“关机”键，电动机将缓慢降低速度到停止。如果电动机在运行过程中发生过流或失速的情况，变频器将会进入自我保护模 式，将所有上桥臂置1下桥臂置0，程序终止。特点：1、系统规模较大，具有电动机热启动、热关机、热配置的功能，关 机时并非程序终止，可以随时配置新参数并重新启动。2、运行

31、频率参数组中包括初始频率、当前频率和设定频率，我们手动或自 动修改的都是设定频率，当前运行频率会以每 0.5s变化1Hz的速度接近设定频 率。即SVPWM频率是缓慢变化的，不会出现频率跳动剧烈而电机失速滑差率 剧增的问题。3、主循环中，算法程序分为实时算法和非实时算法，实时算法如测速、 SVPWM演算等在实时中断程序中做，而非实时算法如变频计算、过流保护在主 循环中做，为其定时的CPUTimerO中断只负责置位算法程序的进入标志，而在 算法执行过一遍后该标志被清除。由于 DSP是单线程运行的，这样做使得复杂 的非实时算法不会影响EPWM的比较值的在线演算。4、运用软件标志位，解决“ DSP无法

32、在PIE中断程序中使能或禁止其他中 断IER”的问题。5、可以采用ADC采样反馈来构成闭环运行，也可以完全开环运行，适应 没有采样电路的功率板。外设配置方式灵活。（图12主框架流程图）4.1.2 SVPWM算法流程图SVPWM算法流程如下图。SVPWM占空比计算为典型的实时算法，需要放在中断函数中进行，其效率 较低，但其刷新频率而又很高，所以需要尽量减少计算量。特点：1、我们采用电压相角B作为变化参数，在扇区判断上会节省一部分 计算量，不需要传统的 A+2B+4C判断扇区。2、此处采用IQmath库进行运算，将变量定义为_IQ28格式，比直接使用 math.h中的三角函数更快一些。3、另外，本

33、模块和ADC数据处理部分，也正在开发使用 CLA运算加速单 元进行并行处理，目前正处于算法优化阶段。EPWM1 中断进入，:.保护现场（图13 EPWM中断流程）4.1.3 SCI热配置流程SCI热配置在本程序中是一大特点。其流程如上图。SCI参数配置模式只有在电机真正停转的时候才会有效，表现为只有在全局 参数trueStop = true时，解码模块才会接受参数配置包。在该中断函数中，如果 进入配置模式，程序会对全局参数组进行配置， 或者对其他外设进行初始化；如 果进入运行模式，程序仅会对允许修改的参数进行更新。特点：1、该模块具有较强的纠错逻辑，会对接收到的命令进行逐一验证， 能够检测出S

34、CI因各种扰动发生的误码，并且能够拒绝错误操作。即如果在尚未 配置的环境下开机，或者在电动机高速旋转时发下高速反转命令等危险操作，该模块有能力无视这些指令，不予执行。2、SCI中的各参数在编码方式上采用了更为稳定的原则。例如在ExDefination.h文件中，定义#define ROLL_TOWARDS 0x07#define ROLL_BACK0x00这是正反转参数的编码，没有只采用1位编码而是3位编码，这样做即使发生12位误码，也不会导致下位机程序作出错误的动作，此包指令将会被丢弃。以上两点，连同上位机软件的操作限制功能，共同组成了对错误操作和误码的联 合防线。I取内容，准备解码中断进入

35、，保持现场解码模式- 一配置模式运行模式解码配置参数重新配置外设时钟解码运行指令配置三相6路EPWM引脚，初始化EPWMt根据参数决定 是否配置 ADC ？YES配置所有需要的中 断使能位NO清楚SCI各种中断标志，退出中断程序（图14 SCI热配置流程图）4.1.4智能变频模块流程智能变频模块的设计方案，完全是针对本文引言中所提到的情况。偏远缺水 地区地下水位很低，电动机的转速将决定井泵的实际扬程； 但越偏远的地区，他 拉过去的电压越低。我们希望电动机在使用时能够达到环境允许的安全稳定极限 转速，但是在本来就欠压的环境下，单纯提高同步磁场的转速有可能会导致转矩 无法维持从而电动机失速，滑差系

36、数瞬间变大，电流陡增，严重时会烧坏电动机 和变频器等附属设备。我们设计该模块，就是为了使电动机在恒定负载的情况下， 能够安全地加速到极限功率。该变频模块的控制手段属于经过改进的恒转矩控制一一恒功率控制，恒转矩启动控制较为常见，这里省略；我们的恒功率控制，会在监控电动机各项参数的 情况下，逐步加快电机运行速度。如下图，每增加1Hz频率，将会面对三个分支选择：1）继续增加频率，2）停止增加频率，3）减小频率。判断的方法是对然后将其和自动生成的阈滑差系数、转速变化率、三相电流值的进行数值运算, 值进行逻辑比较，以此决定下一变频周期的目标频率值 特点：无需手动调试，达到安全稳定极限转速。开始（图15智

37、能变频流程）4.2上位机软件设计上位机软件的主要功能是控制和监测电动机的运行。特点：1、在软件中，一切向下位机输出的指令，都是通过操作者按下按钮 等动作自动生成的，和“串口调试助手”这样的工具相比，有效地防止了发送端 误码的产生。2、 在软件中，未被允许的操作按钮都是灰色不可点击的（Disabled状态）， 这种性质和下位机的纠错功能一起，有效断绝了误操作的影响。3、软件中有三个波形监控窗口，分别是电压波形、电流波形、频率一转速 波形，它所监控的都是最大值或有效值，可以直观的看出电机运行状态随变频器 输出状态的的变化。5. 系统创新系统的创新点在上文中均有提到，这里简要复述一遍。1、并非单纯为

38、竞赛所设计，所以提供两种变频器配置方式：实验室配 置方式和产品配置方式。实验室配置方式使用功能全面的上位机软件进行人 机交互，产品配置方式使用数码管和键盘进行傻瓜式控制。2、采用异步电机无传感器测速方法，节省了昂贵的测速装置，也使变 频器更加通用，运行稳定性更高。3、具有热启动、热关机、热配置的功能，在 SCI中断程序中对其他外 设初始化和去初始化，无需频繁启停 DSP。4、无级调频，当前频率到目标频率的变化缓慢柔和，不会发生频率跳 变。5、将算法区分为实时算法和非实时算法，合理使用运算单元。6、可以闭环运行，但在没有 ADC采样接口的功率板上也可以完全开 环运行。7、使用IQmath和CLA

39、运算加速单元，提高算法运行速度，从而提高 开关频率上限。&使用更有保障的通讯编码，下位机具有指令逻辑纠错功能，上位机 具有错误动作限制功能，共同组成拒绝错动作和误码的防线，使强电使用更 加安全。9、界面柔和、功能强大的上位机软件，即可手动调节电机运行参数， 也带有一键智能启动（闪电状图标的按钮）功能。10、智能变频功能，专为低压偏远地区深井水泵设计， 使电动机达到安 全稳定极限转速。11、本特点也是TI的此款芯片一大亮点，F28035 块仅需3美元，超 低成本，先进控制。6. 评测与结论变频器是向需要进行调速的三相交流异步电动机提供频率与电压均可变 的电源设备，因此变频器的性能指标应能满足电动

40、机的调速要求。我们在评测 中所使用的电动机就是2.1性能指标中所介绍的深井水泵用异步电动机，在进行性能测试的时候，由于本变频器正处于实验品开发阶段，现阶段只做了空载 测试，还未做负载测试和极限参数测试。和变频器最初设计时的目标参数相比，现在我们已经有一些参数达到了要求。我们现在可以在50V低压时启动目标电动机，变频范围远超 0200Hz, 500Hz时输出波形完全没有畸变。考虑实际应用，我们在频率输出上还是做了 数值限制，即最大200Hz。同样考虑到实用因素，输出频率精度和频率变化速 度完全按照实际指标定做，分别为1Hz和2Hz/s。在控制方式上，现阶段已完 全采用SVPWM输出，恒转矩控制到

41、恒功率控制无缝衔接。当前状况下，我们分别选用了 50V，150V，220V三种电压规格做空载测 试，开关频率2KHz，PWM死区时间2.5us。测试数据如下50V:频率Hz机端电压V直流母线电流A转速n/min转差率15312.88700.03320362.211700.02525382.0r 14500.03340332.421700.09650-注：无法到达50hz150V频率Hz机端电压V直流母线电流A转速n/min转差率20312.311700.02530472.517300.03950682.729100.03801252.746300.035220V频率Hz机端电压V直流母线电流A

42、转速n/min转差率30452.617400.033701102.341300.017901522.452800.0221001802.658200.031102002.864300.026从实验现象上看，电机启动平稳，转速低于5000r/min时都无明显噪声，但当转速上升到6000r/min以后时电机出现噪声。加大开关频率到 10KHz，并且减 小死区时间到2us后噪声并无明显减小，据分析这应该是电动机的轴承在如此高转速下所发出的噪声，即是电机本身的固有问题。我们将变频器运行在电动 机设计极限频率110Hz,电动机转速6500r/min （见视频），并持续运行了 2 分钟，机端电压、直流母线

43、电流并无明显变化。2分钟后由于电动机发热明显， 我们关闭了电动机。作为深井水泵而言，由于水泵是浸泡在冷水中的，所以散 热不成问题。可见电机在该变频器的控制下，是可以可靠空载运行的。结论：现在变频器的开发进度已越过中期阶段，剩下的工作量主要在两个方面：1、高级算法（无传感器速度检测算法，智能变频算法）的优化和参数配置。2、变频器硬件的性能测试。包括额定负载、过负载情况下的性能测试，极限转速、极限电流等极限环境测试。我们相信，这款以F28035芯片为核心的超性价比的变频器，将会存有极深的市场潜力。7. 附录（图17实验台）（图18 28035开发板和SCI小板）（图19驱动板）（图20电机、电压表、电流表）