【正文】 ? ? ? ???? ? ????????????? ? ? ???? ? ? ?????? ? ? ??? ??? ??????????? ? ? ?????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????????BB坐 標(biāo) 與 A B C 坐 標(biāo) 的 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系d qACAC2si n3dqii????????????????? ? ?????? ? ?? ? ??? 為了便于進(jìn)行矢量控制，克服靜止坐標(biāo)系下電壓方程是周期性時(shí)變系數(shù)微分方程的缺點(diǎn)，通常采用旋轉(zhuǎn)的 dq坐標(biāo)系推導(dǎo)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。定轉(zhuǎn)子繞組間的互感和定子各繞組間自感都是轉(zhuǎn)角 ? 的函數(shù)，變換成 dq坐標(biāo)系統(tǒng)后，等效 d， q軸繞組的自感和互感均為常數(shù)，求解和分析較為方便。同樣可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，并且由可以知道電流 id、 iq為互差 90度的正弦量，其角頻率與 d， q軸的旋轉(zhuǎn)角頻率一致。這樣交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動(dòng)機(jī)相似了。按照這些給定量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，就可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的控制性能。轉(zhuǎn)速在基速以下時(shí)，在定子電流給定的情況下，控制 id=0可以更有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩 : e r qTi?? , 電磁轉(zhuǎn)矩就隨著 iq的變化而變化。 通過(guò)控制 id來(lái)控制磁鏈，通過(guò)控制 iq來(lái)控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)矢量控制。下圖是永磁同步電機(jī)的矢量控制原理圖。 4． SVPWM模塊。 空間矢量脈寬調(diào)制原理 空間矢量 PWM波是一個(gè)由三相功率逆變器六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件的特定開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波。 (000)和 (111)對(duì)應(yīng)輸出的電壓空間矢量為零，我們把這兩個(gè)電壓空間矢量稱為零矢量。由于變換器的實(shí)際所能產(chǎn)生的矢量 (有效矢量和零矢量 )有限，不可能輸出角度連續(xù)變化的空間矢量。于是有 : 4 4 6 6460refU T U T U TT T T T??? ? ? （ 219） 44660 0 7()T PWMTUTUT U U????????系 統(tǒng) 周 期作 用 時(shí) 間作 用 時(shí) 間的 作 用 時(shí) 間 式 (219) 的意義是，矢量 Uref可在 T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果與 U4， U6和零矢量分別在 T4,T6和 TO時(shí) 間內(nèi)的積分和效果相同。產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)序列為 : 0 4 6 7 7 6 4 0U U U U U U U U? ? ? ? ? ? ? 如下圖所示。. 3 0 , 1 , 0 。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。該芯片的低成本、低功耗、高性能的處理能力對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制非常有效。以 CAN模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，通過(guò)總線接收對(duì)電機(jī)的控制信息 。PWM輸出通過(guò)光耦傳輸，使得傳遞 PWM控制信號(hào)時(shí)控制電路與功率電路隔離 。 （ 2）數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)且運(yùn)算速度快 TMS320LF2407采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有六條獨(dú)立、并行的數(shù)據(jù)和地址總線，極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力； 32位的累加器、 16位的硬件乘 法器和輸入、輸出數(shù)據(jù)移位寄存器相結(jié)合能快速地完成復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算；豐富的指令集系統(tǒng)、流水線的操作方式、 的指令周期使得系統(tǒng)的運(yùn)行速度特別快，指令執(zhí)行速度可達(dá)到 30MIPS。 ADCIN08， ADCIN09分別對(duì)相電流 ia,ib進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。從下圖可以看出系統(tǒng)主要有以下幾部分 :控制 器核心 TMS320LF2407。由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使數(shù)字信號(hào)處理理論的算法得以實(shí)時(shí)運(yùn)行， DSP芯片以其較高的性能價(jià)格比在全數(shù)字化的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中找到施展身手的舞臺(tái)。在 TMS320系列 DSP的基 礎(chǔ)上， TMS320LF240xDSP有以下特點(diǎn)： * 采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使得供電電壓將為 ，減小了控制器的功耗 。它們能夠?qū)崿F(xiàn) :三相反相器控制 。3個(gè)捕獲單元 。 * 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器 (LF24O7)總共 192K字空間 。 * 看門(mén)狗定時(shí)器模塊 (WDT)。 * 16位的串行外設(shè) (SPI)接口模塊。 * 電源管理包括 3種低功耗模式 ，能獨(dú)立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。 TMS320LF2407的時(shí)鐘源還采用了鎖相壞技術(shù)，可以對(duì)外部時(shí)鐘源進(jìn)行倍頻得到非常穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)鐘。另外，還須在 LF24O7的 PLLF和 PLLF2腳上外接電阻 R1和電容 C1， C2，以組成 PLLF和PLLF2的濾波電路，如圖 33所示。 除了支持片內(nèi)存儲(chǔ)器之外， LF24OX還提供通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口模塊訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的能力，該接口有 16根外部地址線、 16根外部數(shù)據(jù)線以及選擇數(shù)據(jù)、程序和 I/0空間的相關(guān)控制線。當(dāng)控制器訪問(wèn)片外的存儲(chǔ)空間時(shí)這些引腳處于低電平狀態(tài)，外部存儲(chǔ)器就被選通工作。總之，通過(guò) READY管腳建立等待狀 態(tài)， 以便 和低 速外 部存 儲(chǔ) 器器 件接 口。當(dāng)存儲(chǔ)器使用片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)， CPU可以在同一周期內(nèi)執(zhí)行程序取、數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫(xiě)這三類操作 :當(dāng)存儲(chǔ)器使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，由于外部接口把內(nèi)總線多路復(fù)用至一組地址或一組數(shù)據(jù)總線，所以外部接口在確定這些操作的順序時(shí)，首先完成數(shù)據(jù)寫(xiě)，其次數(shù)據(jù)讀，最后程序取。 TPS7333 是 德州儀 器公司出品 的 雙 輸出LDO(LowDropout低漏失 )高精度數(shù)字穩(wěn)壓電源。 控制系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電源供電，開(kāi)關(guān)電源輸出的 5V直流電經(jīng) TPS7333變換后 成為系統(tǒng)需要的 。復(fù)位引腳有效。復(fù)位操作保 證器件有一個(gè)有序的啟動(dòng)順序。在仿真器和 JTAG目標(biāo)系統(tǒng)之間提供高質(zhì)量的信號(hào)是極為重要的，用戶必須提供正確的信號(hào)緩沖，測(cè)試時(shí)鐘輸入以及多處理器的內(nèi)部連接，以確保仿真器和目標(biāo)系統(tǒng)良好工作 . 當(dāng)仿真管腳和 JTAG之間的距離大于 6英寸時(shí)，那么仿真信號(hào)必須經(jīng)過(guò)緩沖當(dāng)仿真管腳 和 JTAG之間的距離小于 6英寸時(shí)，那么仿真信號(hào)就不必經(jīng)過(guò)緩沖。 TMS和 TDI輸入緩沖器應(yīng)具有上拉電阻連接到 VCC，以便在未連接仿真器時(shí)這些信號(hào)保持在己知數(shù)值。然而，在一定的條件下，這種測(cè)量方法變得很困難，甚至由于硬件的限制是不可能進(jìn)行測(cè)量的，如當(dāng)采用智能功率模塊 (IPM)組成逆變橋時(shí)，就沒(méi)法使用電阻器進(jìn)行相電流的測(cè)量。目前利用霍爾效應(yīng)檢測(cè)電流有直接檢測(cè)式霍爾電流傳感器和磁場(chǎng)平衡式霍爾電流傳感器 (LEM模塊 )。 LEM模塊使用方便，電流過(guò)載能力強(qiáng)，且整個(gè)傳感器已模塊化，套在被測(cè)母線上即可工作。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 38 現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是采用脈沖編碼器作為檢測(cè)器件，與傳動(dòng)軸連接，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一周便發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，微機(jī)通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和周期進(jìn)行測(cè)量，即可以間接得到軸上的轉(zhuǎn)速，由于其有比較高的精度，通常應(yīng)用在高精度控制系統(tǒng)中。由于這種方式高速脈沖間隔極短會(huì)造成在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)精度降低，因此我們采用了 M/T法，兼有 M法和 T法的優(yōu)點(diǎn)，在高速和低速段都可獲得較高的分辨率。 圖 310 增量式光電編碼器和正交編碼脈沖 (QEP)電路原理圖 在光電碼盤(pán)上均勻分布著 500個(gè)光電孔，當(dāng)光透過(guò)光電孔的時(shí)候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 1”的信號(hào) 。 QEP電路可實(shí)現(xiàn)鑒相和 4倍頻功能，能自動(dòng)識(shí)別由外部引腳 CAPI/QEPI、CAP2/QEP2上輸入的正交編碼脈沖的方向，記錄脈沖的個(gè)數(shù)，并可以得到輸入信號(hào) 4倍頻的脈沖信號(hào)，這為伺服控制的實(shí)現(xiàn)提供了方便。 這樣，將光電編碼器產(chǎn)生的 A、 B兩路信號(hào)分別接入 QEP的兩個(gè)輸入端，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐渲?，就?以對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置信息進(jìn)行測(cè)量。正交脈沖編碼電路可對(duì)這兩路信號(hào)的邊沿進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)，意味著電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周可檢測(cè)到 2021個(gè)邊沿信號(hào)，即產(chǎn)生 2021個(gè)脈沖。 3)將光電碼盤(pán)的兩路信號(hào)接至輸入引腳 CAP1/QEP1和 CAP2/QEP2上，配置 CAPC0N寄存器，啟動(dòng) QEP電路。功率較大河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 41 的輸入電壓多采用單相 220V整流電路為三相橋式全波整流電路。濾波電容 CF的作用是 :除了穩(wěn)壓和濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路和逆變電路之間起去耦作用，以消除相互干擾，為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無(wú)功功率。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源的一段時(shí)間里，在電路內(nèi)串入限流電阻，作用是 :將電容器 CF的充電電流限制在允許的范圍內(nèi)。 (2) 續(xù)流二極管 :在 IGBT模塊中，與每個(gè)逆變管反并接的續(xù)流二極管 DlD6的主要功能是 :為無(wú)功電流返回直流電源提供通道 。 功率主回路是一 “交 直 交”變頻器，將工頻電源 (220V， 50Hz)通過(guò)整流橋臂整流為固定的直流電壓，然后利用由 IGBT模塊組成的具有正弦波脈寬調(diào)制功能的三相橋式逆變器，通過(guò) PWM信號(hào)的控制，將直流電逆變成頻率和電壓可變的交流電。特有的 HVIC技術(shù)使得它堅(jiān)固耐用 。 ● 各通道的傳輸延時(shí)是匹配的。以地為參考的。 本文中分別采用 SPWM技術(shù)和 SVPWM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率逆變，將由 TMS320LF2407 DSP芯片產(chǎn)生的 PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)模塊 IR2132進(jìn)行功率放大、然后驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率管。在交替導(dǎo)通和關(guān)斷的換相過(guò)程中，也不時(shí)地需要 DlD6續(xù)流二極管提供通路。 交部分 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 42 (1) 逆變橋 :采用六單元的 IGBT CPV363M4K模塊來(lái)組成三相逆變橋，它把二極管整流橋整流后的直流電再“逆變”成頻率和幅值都可調(diào)的交流電，這是實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，是整個(gè)主電路的核心部分。另外， 5OK的電阻在系統(tǒng)停止時(shí)為電容提供放電回路。整流電路為 3相橋式全波整流電路 . 設(shè)電源電壓 U2為 22OV，那么經(jīng)過(guò)整流后的平均直流電壓 Ud的大小是 :Ud= U2=198V。 直部分 (1) 整流電路 :采用二極管不可控整流橋 IB01將單相交流電流為固定的直流電。 要使 QEP電路工作必須完成如下的寄存器配置 : 1)需要的話，將期望的值裝入通用定時(shí)器 T2的計(jì)數(shù)寄存器 T2CNT、周期寄存器T2PR、比較寄存器 T2CMP。 圖 31 正交編碼脈沖信號(hào)圖 對(duì)于我們所采用的帶有嵌入式光電編碼器的交流永磁伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，它每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)光敏管就會(huì)產(chǎn)生 500個(gè)脈沖。在用戶程序中可以方便地讀取當(dāng)前的計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)方向，即電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)向。這樣，兩個(gè)光敏管會(huì)產(chǎn)生 A、 B兩路相位相差 900的正交信號(hào)。 在本設(shè)計(jì)的伺服裝置中， 光電編碼器 500, 根據(jù) mstnom g 1000202160 ??? omg ， 速度控制周期為 1ms,所以 omg=30n ,用定時(shí)器 2負(fù)責(zé)光電脈沖 m1,根據(jù)兩次 m1的差值再與 omg比較，進(jìn)行 PI控制 . 圖 39 M/T測(cè)速原理 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 39 對(duì)于交流永磁伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，通常在電機(jī)內(nèi)嵌入光電編碼器用來(lái)進(jìn)行速度和位置的測(cè)量。 M法通過(guò)計(jì)數(shù)裝置記取規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算速度 .這一方法在低速時(shí)由于脈沖數(shù)少 而使得檢測(cè)精度降低。 由 LEM模塊檢測(cè)的電流送入 TMS320LF2407 DSP控制器內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。而后者把互感器，磁放大器，霍爾元件和電子線路集成在一起，具有測(cè)量，反饋，保護(hù)三重功能 .我們采用后者。檢測(cè)電路如下 : 圖 38電流檢測(cè)電路 霍爾元件具有磁敏特性，即載流的霍爾材料在磁場(chǎng)中產(chǎn)生霍爾電勢(shì)。電流采樣必須實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確可靠，這對(duì)實(shí)現(xiàn)控制性能是必須的。仿真信號(hào) TMS、 TDI、 TDO、 TCK_RET通過(guò)同一個(gè)封裝內(nèi)的器件緩沖。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 JTAG 接口電路 JTAG目標(biāo)器件通過(guò)專用的仿真端口支持仿真，此端口由仿真器直接訪問(wèn)并提供仿真功能。其中前復(fù)位引腳需要一個(gè)有效的低電平脈沖作為引腳上的外部復(fù)位脈沖，通常寬度不低于 SYSCLK時(shí)鐘周期的脈沖，以保證 DSP芯片能夠識(shí)別。軟件產(chǎn)生的復(fù)位 。它的輸出電流范圍從 0mA到 500mA，可提供 ，能夠滿足 DSP對(duì)供電電源的要求。其外設(shè)部分 (包括 ADC)的壓也是 ，但是需要單獨(dú)供電。兩個(gè) 引腳分別接 DSP的 和引腳，如圖 34所示， D[115]接 DSP的 DID15引腳， A[115]引腳接 DSP的 AlA15引腳， 、 分別接到 DSP的相應(yīng)引腳。若使用河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 較慢的外部存儲(chǔ)器時(shí)，必須使用片內(nèi)等待狀態(tài)發(fā)生器，在訪問(wèn)周期內(nèi)插入一個(gè)等待狀態(tài)，等待狀態(tài)一直持續(xù)到外部存貯器提供準(zhǔn)備就緒的信號(hào)才能解除。 TMS320LF2407最多可尋址 64K字的外部程序空間和 64K字的外部數(shù)據(jù)空間，本系統(tǒng)控制器在設(shè)計(jì)外部存儲(chǔ)器部分時(shí)也相應(yīng)地分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分設(shè)計(jì)。當(dāng)CNF=1時(shí)， 288字被配置為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (BO、 B2塊 )， 256字被配置為程序存儲(chǔ)器 (B1塊 ),由于 LF2407采用四級(jí)流水線工作，在流水線操作過(guò)程中， CPU在第三個(gè)時(shí)