基于DSP的交流電機調(diào)速系統(tǒng)研究

趙錦榮++趙霞++邊小軍++閆鍵++馮斌

[摘 ?要]介紹交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點及基本構成，研究一種基于DSP的交流電機調(diào)速系統(tǒng)，設計制作DSP控制板并進行調(diào)試和性能測試

[關鍵詞]交流 ?調(diào)速 ?DSP ?研究

中圖分類號：TM352 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）24-0114-01

1 交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)概述

1.1 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點

相對于模擬系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：精心設計的微機控制系統(tǒng)能顯著的降低硬件成本;系統(tǒng)的可靠性得到了大大改善;數(shù)字電路基本上不存在溫漂問題，不存在參數(shù)變化的影響，可以設計統(tǒng)一的硬件電路，以適合不同的電機控制系統(tǒng);可以完成復雜的功能，反饋、校正、運算、判斷、坐標變換等。

1.2 交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的基本構成

現(xiàn)代通用的變頻器主要采用二極管不可控整流和由全控型開關器件（如IGBT）或智能功率模塊（IPM -Intelligent Power Module）構成的交—直—交電壓源型變頻器。

2 基于DSP的交流電機調(diào)速系統(tǒng)控制平臺的研制

要構建一個完整的電機調(diào)速系統(tǒng)，必須要有控制平臺，即含有DSP的核心控制板。它可以將電機的控制方法加以實現(xiàn)，發(fā)出PWM脈沖信號供IPM的觸發(fā)控制，能夠控制軟起動電阻的斷開、連接，控制制動電路能量的釋放，還能檢測IPM的保護信號進行相應的處理。這樣由DSP控制板，IPM觸發(fā)板，主電路，以及檢測元件和電機幾部分才能構成一個完整的電機調(diào)速系統(tǒng)。

2.1 電機控制中的模擬量檢測方法

由于DSP控制板主要用于電機控制，所以必須有模擬量的采樣和處理電路。由于實際信號的幅值和極性與DSP能夠處理的信號不符，所以必須進行相應的處理。電機控制中主要需要檢測的物理量有定子電流，直流測電壓，轉(zhuǎn)速信號等。

2.1.1 電流檢測

電流檢測可以使用電流互感器、分流器、霍爾傳感器等。使用較多的是霍爾傳感器，它利用霍爾效應，把電流產(chǎn)生的磁信號轉(zhuǎn)化為電信號，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)隔離，而且交直流均可以檢測，精度較好，但需要外接電源，價格較高。本文采用LEM電流傳感器，由于定子電流的最大值為，故選擇LA28-NP型多量程LEM傳感器，它可以通過改變原副邊繞組的匝比，來調(diào)節(jié)量程，應用中為了給出較大的裕量，選擇量程25A，雖然比14A 大了很多，但后文給出了處理電路的解決方法。LEM傳感器的接法如圖2.1所示。

2.1.2電壓及轉(zhuǎn)速檢測

在應用中直流側(cè)的電壓同樣需要檢測，用于過壓保護，回饋能量釋放，繼電器的吸合控制等。這里仍然采用LEM傳感器，利用宇波模塊，型號CHV-50P，其檢測電壓范圍0～1000V，原邊電流10mA，副邊輸出電流50mA，連接方法如圖2.3所示。

轉(zhuǎn)速的檢測：轉(zhuǎn)速的檢測可以采用軸編碼器或測速發(fā)電機等，由于DSP內(nèi)含有與編碼器脈沖檢測電路配合的硬件電路，可以自動辨別方向，所以采用軸編碼器。

2.2 DSP控制板的設計及功能說明

本文制作的LF2407A控制板主要包括如下幾個主要邏輯模塊和接口：

* LF2407A外部存儲器;

* 數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）接口模塊;

* 串行接口232，485;

* 指示燈和撥碼開關;

* 片內(nèi)CAN總線接口;

* JTAG接口;

* 擴展I/O接口等;

2.2.1 控制板電源設計

由于LF2407A芯片的供電電壓要求3.3V，所以在設計控制板時需要將5V電源變?yōu)?.3V給CPU供電，因此采用了TPS76833QPWP元件作為電源的轉(zhuǎn)換芯片，

2.2.2 TMS320LF2407A存儲器擴展接口

為了有足夠的空間用于程序的編制和數(shù)據(jù)的存儲，以及仿真調(diào)試的方便，控制板中附加了64K字的靜態(tài)程序RAM存儲空間和64K字的靜態(tài)數(shù)據(jù)RAM存儲空間，在外部存儲器擴展時，必須考慮到等待狀態(tài)對外部存儲器的影響，片外存儲空間（程序、數(shù)據(jù)或I/O）的等待狀態(tài)是由等待狀態(tài)寄存器（WSGR）產(chǎn)生的?？刂瓢迳喜捎昧藘善?4K RAM CYC701021V，最快的存儲時間為10ns，基本上不用插入等待時間即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。只需將2407A地址線，數(shù)據(jù)線，以及程序存儲控制線，數(shù)據(jù)存儲控制線與RAM連接即可。

2.2.3 ?I/O空間地址分配

地址的分配主要利用一片GAL16V8D實現(xiàn)，GAL的編程可以采用ABEL語言;參與地址譯碼的信號有，參與時序譯碼的信號有等，主要的外部I/O接口信號包括D/A轉(zhuǎn)換器，撥碼開關，LED燈，外擴的I/O口等。它們的地址分配如表2.3所示。

有了上面的地址分配表就可以在實際編程中訪問這些空間了，在對外部I/O空間操作時，不僅要有地址上的配合，還要有時序上的配合。

2.2.4 ?數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

在電機控制當中有些物理量需要實時的觀測，可以通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出。為了便于觀察，控制板中設置了四路12位的D/A轉(zhuǎn)換通道，輸出0～3.3V 單極性的直流電壓，利用芯片DAC7625，它由兩級緩沖器構成，可以先將數(shù)據(jù)寫入4路相應的緩沖區(qū)，最后同時輸出四路信號?？梢园凑找韵碌姆椒ň幹瞥绦颍菏紫确謩e向I/O映射空間的通道保持器（0000～0003H）寫入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)裝載到通道1～4。如果通道的輸出值沒有改變，則不必重新載入數(shù)據(jù)，不必按照一個給定的順序裝載緩沖區(qū)。然后向傳送寄存器（0004）中寫入任何一個值就可以將4個保持寄存器中的數(shù)據(jù)送到轉(zhuǎn)換器并輸出。

3 結(jié)論

本文主要研究了一個基于DSP的交流電機調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)由不可控整流、PWM逆變的交直交主電路，以DSP 為核心的控制電路，模擬量的檢測和處理電路以及相關接口電路等組成，通過PWM脈沖信號能夠控制電機軟起動電阻的斷開、連接，控制制動電路能量的釋放，還能檢測IPM的保護信號進行相應的處理，以滿足交流電機調(diào)速需要。

參考文獻

[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).第2版. 北京：機械工業(yè)出版社，1992