异步电机矢量控制系统设计及其PI控制器参数优化研究(3)

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人工鱼群算法等心１１。

与其他进化算法的区别在于它们是对社会行为的模拟，基本思想不是源于自然选择中进化规律的冲突，而是源于群体组织的社会行为，例如鸟群和蚁群在寻找食物当中，他们共同分享信息，有助于个体根据自己以前的经历和同伴以前的经历做出正确的判断。这也是粒子群算法、蚁群算法、鱼群算法的共性。

粒子群优化算法（ＰＳＯ）是一种进化计算技术，源于对鸟群扑食行为的研究，并利用了生物学家ＦｒａｎｋＨｅｐｐｎｅｒ的生物群体模型，最早是在１９９５年由美国社会心理学家ＪａｍｅｓＫｅｎｎｅｄｙ和电气工程师ＲｕｓｓｅｎＥｂｅｒｈａｎ共同提出的口纠，自粒子群算法提出以来，由于它计算的快速性和算法本身容易实现，粒子群算法在函数优化、约束优化、多目标优化等问题中均得到了成功的应用，近年来，在电力系统、集成电路设计、系统辨识、状态估计等问题中的应用均有大量报导。

１．１．４电力电子器件发展概况

电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键，电力电子器件的发展为交流调速奠定了物质基础。矢量控制系统的广泛应用，得益于电力电子器件性能的提高。纵观电气传动领域中交直流调速系统的发展过程，电力电子器件扮演了一个很重要的角色。历史上，自关断功率晶体管的实用化，曾为变频器的通用化铺平了道路，通用变频器的高性能化、大容量化的进程中，电力电子器件功不可没。

根据开关特性的不同，可把电力电子器件分为三类哺１：不可控型器件、半控型器件和全控型器件。二极管属于不可控型器件，普通晶闸管及其派生器件，如双向晶闸管（ＴＲＩＡＣ）、逆导晶闸管（ＲＣＴ）等属于半控型器件，这类器件可以通过门极信号控制导通，但不能控制其关断。历史上，由晶闸管所组成的直流调速系统曾得到了广泛的使用。全控型器件包括电力晶体管（ＧＴＲ）、可关断晶闸管（ＧＴＯ）、功率场效应晶体管（ＭＯＳＥＦＴ）、绝缘栅极双极性晶体管（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ控制晶闸管（ＭＣＴ）等等。目前，通用变频器中主要采用的开关器件是ＧＴＲ和ＩＧＢＴ。

ＧＴＲ和普通双极结型晶体管的工作原理是一样是的，是一种电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器件，具有自关断能力，产生于上世纪７０年代，其额定值已达１８００Ｖ／８００Ａ／２ｋＨｚ、１４００Ｖ／６００Ａ／５ｋＨｚ、６００Ｖ／３Ａ／１００ｋＨｚ。它既具备晶体管饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所组成的电路灵活、成熟、开关损耗小、开关时间短，在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。ＧＴＲ的缺点是驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏。

随着电力电子学的发展，比ＧＴＲ性能更加优良的开关器件ＩＧＢＴ已经在变频器中使用。ＩＧＢＴ是由ＭＯｓＦＥＴ和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极５

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为ＭＯＳＦＥＴ，输出极为ＰＮＰ晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有ＭＯＳＦＥＴ器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于ＭＯＳＦＥＴ与功率晶体管之间，可正常工作于几十ｋＨｚ频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

随着微电子技术和电力电子技术的发展，出现了智能功率模块（ＩＰＭ）。ＩＰＭ是先进的混合集成功率器件，它将ｌＧＢＴ、驱动电路、保护电路集成化，因此具有高速、高效、低功耗等特点，优化门极驱动及保护电路，提供了过流、短路保护、检测、自诊断等功能，采用ＩＰＭ，可以使系统整体的可靠性大为提高。ＩＰＭ具有以下特点睛１：

（１）

（２）开关速度快，驱动电流小，驱动电路更为简单；采用陶瓷绝缘结构，可以直接安装在散热器上，散热效果好，体积更加紧凑：

（３）集成度高，它集成了驱动电路、保护电路甚至光藕，可有效提高系统可靠性，减少开发时间和难度，降低系统故障率；

（４）较高的性价比，目前ＩＰＭ的售价己逐渐接近ＩＧＢＴ，而采用ＩＰＭ后，系统所需驱动功率容量的减小和器件的节省以及维护成本的降低等各方面的因素，使得在许多应用场合其综合性价比己超过ＩＧＢＴ。

目前ＩＰＭ已经在通用变频器（中、小功率）中被大量采用，随着技术的不断改进和发展，ＩＰＭ的功率也越来越大。同时经济型的ＩＰＭ近年来也开始在一些民用品如家用空调变频器、冰箱变频器、洗衣机变频器中得到应用。

１．１．５数字信号处理器发展概况

用于电机调速系统的控制器主要有单片机和数字信号处理器（ＤｓＰ）两种。

一般来说，单片机（如ＭＣＳ９６系列、８０Ｃ１９６ＭＣ等）内部集成较多的外设接口，如ＰＷＭ、Ａ／Ｄ等，但运算速度较慢，主要用于直流调速系统和叫类型的变频器，对于高动态性能的矢量控制系统，由于要进行坐标变换、磁链观测、ＰＩ调节、坐标逆变换等运算，需要控制器具有较快的运算速度，多采用ＤＳＰ作为主要控制器。

ＤＳＰ，即数字信号处理器，是一种特别适合于数字信号处理的微处理器，主要应用于快速实时的实现各种数字信号处理算法。

ＡＭＩ公司于１９７８年发布了世界上第一个单片ＤＳＰ芯片Ｓ２８１１Ｈ引，１９７９年，

美国Ｉｎｔｅｌ公司发布了可编程器件２９２０，这两种芯片是现代ＤＳＰ处理器的雏形：之后，１９８０年，日本ＮＥＣ公司推出了ⅣＰＤ７７２０，这是第一个具有片上硬件乘法器的商用ＤＳＰ芯片：同年，日本的Ｈｉｔａｃｈｉ公司推出了第一个采用ＣＭＯＳ工艺的浮点ＤＳＰ芯片；１９８１年，贝尔实验室推出了ＤＳＰＩ，该芯片为１６字长，集成片内６

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硬件乘法器和存储器；１９８２年，ＴＩ公司发明了世界上第一枚商用可编程ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＣｌＯ；１９８３年，日本Ｆｕｉｉｔｓｕ公司推出了ＭＢ８７６４，其指令周期为１２０ｎｓ，且具有双内部总线，使处理器的吞吐量产生了一个质的飞跃：１９８４年ＡＴ＆Ｔ公司推出了ＤＳＰ３２；Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司也在１９８６年推出了定点ＤＳＰ处理器ＭＣ５６００１，于１９９０又推出了浮点ＤＳＰ芯片ＭＣ９６００２；美国ＡＤ公司也相继推出了一系列的ＤＳＰ芯片，主要有定点ＤＳＰ芯片ＡＤＳＰ２ｌ０１／２ｌ０３／２１０５、ＡＤＳＰ２１１１／２１１５、ＡＤＳＰ２１２６／２１６２／２１６４等，浮点芯片有ＡＤＳＰ２１０６０／２１０６２等。

目前ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０系列处理器是ＤＳＰ市场上种类最多、功能最强的芯片，占据了整个ＤＳＰ芯片市场份额的５０％，经过３０多年的发展，ＴＩ公司相继推出了Ｃ１Ｘ、Ｃ２Ｘ、Ｃ２０Ｘ、Ｃ２４Ｘ、Ｃ２８Ｘ、Ｃ３Ｘ、Ｃ４Ｘ、Ｃ５Ｘ、Ｃ５４Ｘ、Ｃ６２Ｘ、Ｃ６７Ｘ、Ｃ８Ｘ等系列的处理器，为了适应时代发展的需要，ＴＩ公司对它的ＤＳＰ芯片产品进行了整合，先后推出了一系列的新产品，如ｃ２８ｘ、ｃ５５ｘ、Ｃ６４Ｘ系列等。

ＴＭＳ３２０Ｃ２４Ｘ系列ＤＳＰ芯片是ＴＩ公司推出的面向数字运动控制系统设计的新一代数字信号处理器，该系列芯片除了具有数字信号处理器的一般特点外，片内还集成了许多经过优化的、适用于 …… 此处隐藏：2148字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……