基于DsP的電力拖動控制系統設計

張梅梅

（江蘇省宿遷經貿高等職業技術學校，宿遷 223600）

近年來，伴隨著科技的進步，機械自動化水平不斷提高，很多公司也注意到電力拖動程序的安全保障。電力拖動程序指的是電氣和機械二者相結合的系統，其對于機械行業來說是十分重要的內容。電力拖動程序大致包括以下幾方面：電源開關、電動機、操控設施、傳動設施等，每一項在整個系統中都有著格外重要的地位。

1 關于電力拖動程序的整體設計

1.1 操控程序大體結構

電力拖動程序中含有電流、直流電流、轉速，需要進行必要的檢查，檢查之中應著重注意各關鍵處線路，這是由于各關鍵處線路關系到運行功能，且這些線路還能對靜態存儲器和數據存儲器進行延伸。IPM是交流電壓轉化為直流電壓的一個過程，在這一過程中，將頻率可調式的三項交流電與異步電動機相結合，有效保證異步電動機的高效能與變頻調速的正常運轉。

圖1是電力拖動程序的硬件構造圖，根據圖1給出的內容，我們可以知道整體電力拖動操控程序大致分為3個組成部分：功率模塊方面；控制模塊方面；檢查模塊方面，這三個部分大致上可以說是組成電力拖動程序的關鍵。

將電流霍爾傳感器TBC3OP電路連接在逆變橋的另一端，能夠組成一塊電流檢查線路，在電流信號從霍爾電流傳感器中輸出后，還要經過處理才能被送到數字信號處理器的一端；直流電壓在檢查電路中含有電阻、電壓霍爾傳感器、整流器等一系列電子元器件；電子螺旋編碼器可以通過觀點隔絕電路，讓檢查的信號傳輸到數字信號處理器的正交編碼器脈沖線路中。正交編碼器在經過計算后可得知大致的轉速；MAX232可以將數字信號處理器和電腦進行關聯；TMs320LF2407是為了使用電機操控設置的單片機而專門制造的，里面有64K大小的程序放置空間，為能夠達到更廣闊的存儲范圍，這種電力拖動硬件程序中擁有一種高效能的CMOs靜態存儲器，稱為CY7C1021BV33，這種存儲器可以用來擴大程序，在傳輸過程中不會區分字節的高低。

1.2 功率模塊

功率模塊不單單是由不可操控整流、濾波電路以及IPM三者進行組合，IPM模塊采納了日本著名企業三菱的PM25RLA120，在內部合成了有著低消耗特點的芯管、檢查線路以及驅動電路等。關于IPM的故障原因輸出信號為F0，可以通過光電接到DsP線路上，對于IPM出現故障時，DsP能夠讓一些相關的處理器輸出引腳卻不生成阻止狀態，同時，在此過程中不會讓PWM信號進行輸出，進而對系統形成保護。IPM在同一個橋臂之中的開關管上有阻截作用，并且可以進行互鎖工作。所以，DsP在進行PWM信號傳輸時需要對時間進行統一，會燒毀TGBT模塊。IPM中逆變功能的作用有六種，在進行過程中其開關觸發的控制信號會受TMs320所輸出的六路PWM波的控制，通過功率管進行必要的規律通斷，能夠將直流電逆變頻率調節為三相交流電，提供給異步電動機的三相定子繞組。在此過程中，DsP運作會發出微弱的PWM信號，因此在驅動IPM之前需要對信號進行加強處理，同時系統采用不可控整流二極管模塊，將模塊內部的流二極管組與三相橋式不可控整流電路組合成一個可運作的整體，讓電解電容形成濾波電路。

1.3 操控電路

數字信號處理器的控制電路一共由五部分組成，它主要是用來處理PID的算法，對PWM進行有效輸出以及檢測轉速等，在進行高性能傳動控制中，TM23系列的芯片可以讓信號處理方面有更好的改進。PWM在電路方面的使用對控制電路有很大的方便，可以減少PWM波形產生的費用，用戶的工作量也會相應減小，從而簡化相關的外部設備和控制軟件。

1.4 檢查線路

電機的轉速檢查采用的編碼器為s2000B，然后形成閉環控制，TMs320LF2407有著正交編碼脈沖電路QEP，可以通過光電編碼器用脈沖的定位來明確電機的運動方向，也可以通過記錄脈沖數量來確定具體的位置。當電機進行正轉的時候，QEP電路的方向檢查可以連接到光電編碼A相的QEP1引腳上，脈沖序列的相位高于光電編碼器B相的脈沖信號。如此便會出現一個方向信號T1，其在運用中起到定時、計數方向的作用，并且當電機進行反轉時，定數器上的數值會逐漸遞減，光電編碼輸出的信號藍與光耦進行光電隔離。

1.5 電流、電壓檢測

在電機的一個相電流檢測中，需要使用電流傳感器TBC309P，然后將信號進行一定程度的放大，在通過高速雙向二極管BAV99進行限制后傳送到DsP的A/D轉換端中，所采用的信號比例為30A-3.0V.

使用電壓傳感器LV28-P對直流母線電壓進行全面檢測，將檢測出來的信號進行一定程度的放大，通過使用高速雙向二極管BAV99進行限制后送到DsP的A/D轉換端口中，進行采樣的信號比例為500V-3.0V，并且可以通過IPC直流側的直流母線電壓進行全面的檢測和控制，這樣可以保障開關管IGBT的安全。此外，還可以通過PWM控制信號然后得出IPM提供給電機交流電壓的數據大小，從而達到控制電機的目的。

2 軟件系統

2.1 異步電動機的矢量控制

交流電動機是一個多輸入多輸出的強耦合非線性系統，在這個系統中采用矢量來進行控制，可以將異步電動機中的模型來進行坐標變換，讓它能夠成為直流電動機的模型，然后在將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個分量，并分別加以控制，從而達到磁通和轉矩的解慪控制，實現類似流電機的控制效果。在空間矢量脈寬調制技術中，在電壓源逆變器供電的情況下，能夠按照三相電機的定子產生跟蹤圓形旋轉磁場的方式控制逆變器開關動作，通過這樣的控制方法，可以提高直流側電源電壓的利用效果，計算方式也比較簡單，大大減少了開關損耗，降低了轉矩的脈動。

在進行矢量控制時，可以從零轉速開始控制速度，這樣可以保持較好的低速運行性能，調速范圍較大，可以對轉矩進行精確控制，系統動態響應速度非常快，電動機加速特性比較好。在TMs320LF2407中可以提供六路PWM波控制逆變器，從而開始驅動二相一部交流電動機。可以通過光電編碼器對電動機進行轉速測量，通過計算可以得到對定子相電流的控制。

2.2 軟件操作

拖動操控程序里面的軟件大多數都是由主程序以及子程序進行一定的組合。主程序與子程序有著不相同的功能，主程序能夠用來初始化系統，檢查里面的電壓、電流及速度，并且能夠對出現的一些故障進行診斷，這樣就可以實現保護系統的方法。子程序的作用是實現電流環之間的位置轉換，當PWM發生一定變化時，系統速度操控需要進行準確化，進而提升開展效率。

3 結語

本文所講解的操控系統大量使用了DsP的高速運算方法以及豐富的內外資源，系統中外圍電路較少，具有比較高的可靠性。此外，使用IPM簡化了電機系統的硬件設施，能夠讓控制電機變得更加有效和可靠。