基于DSP 2812三相數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

馮 毅

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

鼠籠式異步電機(jī)因其有很多優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，幾乎免維護(hù)而被廣泛應(yīng)用，但是其調(diào)速性能不如直流電機(jī)，因而在一些應(yīng)用中如精確定位、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等要求較高場(chǎng)合下不得不使用直流電動(dòng)機(jī)。在異步電機(jī)要實(shí)現(xiàn)這些功能和提高控制精度，需要采用復(fù)雜的控制算法，這些復(fù)雜的控制算法中包含了大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，對(duì)于控制系統(tǒng)也要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求，因此對(duì)微處理器的運(yùn)算能力和處理能力要求更高。傳統(tǒng)單片機(jī)在性能上已經(jīng)很難滿(mǎn)足人們的要求。隨著IT技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器的（DSP）出現(xiàn)解決了處理器的運(yùn)算能力和速度問(wèn)題。特別是電機(jī)控制專(zhuān)用DSP,其集成了電機(jī)控制所需的外圍器件，如AD轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器和一些專(zhuān)用邏輯電路，給開(kāi)發(fā)高性能的調(diào)速控制系統(tǒng)帶來(lái)極大方便。

1 系統(tǒng)的控制原理

本系統(tǒng)采用直接轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)反饋值計(jì)算得出的量（轉(zhuǎn)矩、磁鏈）與給定值相比較，根據(jù)偏差大小，選擇合適的電壓矢量（開(kāi)關(guān)狀態(tài)），電壓矢量對(duì)定子磁鏈進(jìn)行控制，從而改變轉(zhuǎn)矩，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1。系統(tǒng)的外環(huán)為轉(zhuǎn)速控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為磁鏈、轉(zhuǎn)矩控制環(huán)。定子磁鏈觀測(cè)采用U-I模型。即：

式中：Ψsα、Ψsβ為 αβ 坐標(biāo)系下的定子磁鏈分量；usα、usβ為 αβ 坐標(biāo)系下的定子電壓分量；isα、isβ為 αβ 坐標(biāo)系下的定子電流分量；Rs為定子電阻；np為電機(jī)極對(duì)數(shù)；Te是電磁轉(zhuǎn)矩。

圖1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖

根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，知道系統(tǒng)在進(jìn)行控制時(shí)，首先需要檢測(cè)定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)速ω，低速時(shí)還要準(zhǔn)確檢測(cè)Rs，已得到更加準(zhǔn)確的定子磁鏈檢測(cè)值；然后根據(jù)電機(jī)模型計(jì)算Ψs、Te，從而得到ΔΨs和ΔTe；通過(guò)磁鏈、轉(zhuǎn)矩控制器得到控制信號(hào)，由開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇單元產(chǎn)生SVPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。

2 系統(tǒng)硬件方案介紹

本系統(tǒng)主要由DSPTMS320F2812，三菱IPM功率模塊及一些外圍電路組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主電路采用交-直-交變頻電路，控制電路以DSP為核心及其外圍輔助電路組成，并可通過(guò)通信端口連接鍵盤(pán)及顯示屏，完成多種數(shù)據(jù)輸入及管理功能，如變頻參數(shù)的設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)的顯示等。

2.1 TMS320F2812 DSP的主要特點(diǎn)

DSP2812是TI公司推出的功能強(qiáng)大的32位定點(diǎn)DSP，最大的特點(diǎn)是速度有了質(zhì)的飛躍，頻率高達(dá)150M，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和處理能力。在高精度控制領(lǐng)域占有不少份額。

2.2 功率模塊驅(qū)動(dòng)電路

本系統(tǒng)采用日本三菱的IPM智能模塊，型號(hào)為ps12036，IPM將功率器件IGBT和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。為避免IPM的上下橋臂“直通”現(xiàn)象，需要對(duì)PWM信號(hào)先加互鎖電路，然后到隔離驅(qū)動(dòng)和電平轉(zhuǎn)換再送IPM的控制端，電路如圖3所示。

圖3 IPM門(mén)極互鎖驅(qū)動(dòng)電路

2.3 電流檢測(cè)電路

電流檢測(cè)采用兩個(gè)霍耳電流傳感器，分別檢測(cè)ia，ib，型號(hào)為 Honeywell csne151-104，其工作電壓為±15V，經(jīng)過(guò) I/U 轉(zhuǎn)換電路，得到0～3V電壓信號(hào)，送至A/D模塊，電流檢測(cè)電路見(jiàn)圖4。

圖4 電流檢測(cè)電路

圖5

2.4 速度檢測(cè)電路

速度反饋信號(hào)檢測(cè)采用光電脈沖編碼器，它輸出兩個(gè)相位相差90的脈沖信號(hào)，經(jīng)整形光電隔離后送入DSP的正交編碼脈沖單元（QEP）中，由內(nèi)部4倍頻后，通過(guò)定時(shí)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用軟件算法得到轉(zhuǎn)速值。

硬件部分多充實(shí)點(diǎn)自己設(shè)計(jì)的東西及創(chuàng)新點(diǎn)所在！

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序的設(shè)計(jì)主要由主程序和中斷程序組成，具體流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

以TMS320F2812為控制核心的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，能夠更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的快速性和實(shí)時(shí)響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)控制精度高，實(shí)時(shí)性好，性能優(yōu)良。

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