【正文】 ? ? ? ???? ? ????????????? ? ? ???? ? ? ?????? ? ? ??? ??? ??????????? ? ? ?????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????????BB坐 標 與 A B C 坐 標 的 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系d qACAC2si n3dqii????????????????? ? ?????? ? ?? ? ??? 為了便于進行矢量控制，克服靜止坐標系下電壓方程是周期性時變系數(shù)微分方程的缺點，通常采用旋轉(zhuǎn)的 dq坐標系推導(dǎo)電機的數(shù)學模型。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，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。這樣交流電動機的轉(zhuǎn)矩控制，從原理和特性上就和直流電動機相似了。按照這些給定量進行實時控制，就可以達到直流電動機的控制性能。轉(zhuǎn)速在基速以下時，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。 通過控制 id來控制磁鏈，通過控制 iq來控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)矢量控制。下圖是永磁同步電機的矢量控制原理圖。 4． SVPWM模塊。 空間矢量脈寬調(diào)制原理 空間矢量 PWM波是一個由三相功率逆變器六個功率開關(guān)元件的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波。 (000)和 (111)對應(yīng)輸出的電壓空間矢量為零，我們把這兩個電壓空間矢量稱為零矢量。由于變換器的實際所能產(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 間作 用 時 間的 作 用 時 間 式 (219) 的意義是，矢量 Uref可在 T時間內(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 間內(nèi)的積分和效果相同。產(chǎn)生的開關(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 。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !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電機的數(shù)字化控制非常有效。以 CAN模塊負責與上位機進行通訊，通過總線接收對電機的控制信息 。PWM輸出通過光耦傳輸，使得傳遞 PWM控制信號時控制電路與功率電路隔離 。 （ 2）數(shù)據(jù)處理能力強且運算速度快 TMS320LF2407采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有六條獨立、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)的運行速度特別快，指令執(zhí)行速度可達到 30MIPS。 ADCIN08， ADCIN09分別對相電流 ia,ib進行 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，使數(shù)字信號處理理論的算法得以實時運行， DSP芯片以其較高的性能價格比在全數(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。在 TMS320系列 DSP的基 礎(chǔ)上， TMS320LF240xDSP有以下特點： * 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個捕獲單元 。 * 可擴展的外部存儲器 (LF24O7)總共 192K字空間 。 * 看門狗定時器模塊 (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 ，能獨立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。 TMS320LF2407的時鐘源還采用了鎖相壞技術(shù)，可以對外部時鐘源進行倍頻得到非常穩(wěn)定的內(nèi)部時鐘。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)存儲器之外， LF24OX還提供通過外部存儲器接口模塊訪問外部存儲器的能力，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。當控制器訪問片外的存儲空間時這些引腳處于低電平狀態(tài)，外部存儲器就被選通工作?？傊ㄟ^ READY管腳建立等待狀 態(tài)， 以便 和低 速外 部存 儲 器器 件接 口。當存儲器使用片內(nèi)存儲器時， 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)寫這三類操作 :當存儲器使用片外存儲器時，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，首先完成數(shù)據(jù)寫，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)采用開關(guān)電源供電，開關(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 證器件有一個有序的啟動順序。在仿真器和 JTAG目標系統(tǒng)之間提供高質(zhì)量的信號是極為重要的，用戶必須提供正確的信號緩沖，測試時鐘輸入以及多處理器的內(nèi)部連接，以確保仿真器和目標系統(tǒng)良好工作 . 當仿真管腳和 JTAG之間的距離大于 6英寸時，那么仿真信號必須經(jīng)過緩沖當仿真管腳 和 JTAG之間的距離小于 6英寸時，那么仿真信號就不必經(jīng)過緩沖。 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這些信號保持在己知數(shù)值。然而，在一定的條件下，這種測量方法變得很困難，甚至由于硬件的限制是不可能進行測量的，如當采用智能功率模塊 (IPM)組成逆變橋時，就沒法使用電阻器進行相電流的測量。目前利用霍爾效應(yīng)檢測電流有直接檢測式霍爾電流傳感器和磁場平衡式霍爾電流傳感器 (LEM模塊 )。 LEM模塊使用方便，電流過載能力強，且整個傳感器已模塊化，套在被測母線上即可工作。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 38 現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是采用脈沖編碼器作為檢測器件，與傳動軸連接，它每轉(zhuǎn)動一周便發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，微機通過對計數(shù)器計數(shù)可以實現(xiàn)對頻率和周期進行測量，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造成在電機高速運行時精度降低，因此我們采用了 M/T法，兼有 M法和 T法的優(yōu)點，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 在光電碼盤上均勻分布著 500個光電孔，當光透過光電孔的時候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 1”的信號 。 QEP電路可實現(xiàn)鑒相和 4倍頻功能，能自動識別由外部引腳 CAPI/QEPI、CAP2/QEP2上輸入的正交編碼脈沖的方向，記錄脈沖的個數(shù)，并可以得到輸入信號 4倍頻的脈沖信號，這為伺服控制的實現(xiàn)提供了方便。 這樣，將光電編碼器產(chǎn)生的 A、 B兩路信號分別接入 QEP的兩個輸入端，經(jīng)過適當?shù)呐渲茫涂?以對電機的轉(zhuǎn)速和位置信息進行測量。正交脈沖編碼電路可對這兩路信號的邊沿進行檢測和計數(shù)，意味著電機每旋轉(zhuǎn)一周可檢測到 2021個邊沿信號，即產(chǎn)生 2021個脈沖。 3)將光電碼盤的兩路信號接至輸入引腳 CAP1/QEP1和 CAP2/QEP2上，配置 CAPC0N寄存器，啟動 QEP電路。功率較大河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 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，為感性負載的電動機提供必要的無功功率。為了保護整流橋，在變頻器剛接通電源的一段時間里，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，與每個逆變管反并接的續(xù)流二極管 DlD6的主要功能是 :為無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 PWM信號的控制，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)使得它堅固耐用 。 ● 各通道的傳輸延時是匹配的。以地為參考的。 本文中分別采用 SPWM技術(shù)和 SVPWM技術(shù)來實現(xiàn)功率逆變，將由 TMS320LF2407 DSP芯片產(chǎn)生的 PWM信號經(jīng)過功率驅(qū)動模塊 IR2132進行功率放大、然后驅(qū)動三相逆變器的六個功率管。在交替導(dǎo)通和關(guān)斷的換相過程中，也不時地需要 DlD6續(xù)流二極管提供通路。 交部分 河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 42 (1) 逆變橋 :采用六單元的 IGBT CPV363M4K模塊來組成三相逆變橋，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，這是實現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，是整個主電路的核心部分。另外， 5OK的電阻在系統(tǒng)停止時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器 T2的計數(shù)寄存器 T2CNT、周期寄存器T2PR、比較寄存器 T2CMP。 圖 31 正交編碼脈沖信號圖 對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來說，它每旋轉(zhuǎn)一周，每個光敏管就會產(chǎn)生 500個脈沖。在用戶程序中可以方便地讀取當前的計數(shù)值和計數(shù)方向，即電機的角位移和轉(zhuǎn)向。這樣，兩個光敏管會產(chǎn)生 A、 B兩路相位相差 900的正交信號。 在本設(shè)計的伺服裝置中， 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 ,用定時器 2負責光電脈沖 m1,根據(jù)兩次 m1的差值再與 omg比較，進行 PI控制 . 圖 39 M/T測速原理 河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 39 對于交流永磁伺服電機來說，通常在電機內(nèi)嵌入光電編碼器用來進行速度和位置的測量。 M法通過計數(shù)裝置記取規(guī)定時間間隔內(nèi)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)來計算速度 .這一方法在低速時由于脈沖數(shù)少 而使得檢測精度降低。 由 LEM模塊檢測的電流送入 TMS320LF2407 DSP控制器內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換模塊進行模數(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，具有測量，反饋，保護三重功能 .我們采用后者。檢測電路如下 : 圖 38電流檢測電路 霍爾元件具有磁敏特性，即載流的霍爾材料在磁場中產(chǎn)生霍爾電勢。電流采樣必須實時，準確可靠，這對實現(xiàn)控制性能是必須的。仿真信號 TMS、 TDI、 TDO、 TCK_RET通過同一個封裝內(nèi)的器件緩沖。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 36 JTAG 接口電路 JTAG目標器件通過專用的仿真端口支持仿真，此端口由仿真器直接訪問并提供仿真功能。其中前復(fù)位引腳需要一個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時鐘周期的脈沖，以保證 DSP芯片能夠識別。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 ，但是需要單獨供電。兩個 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。若使用河南機電高等?？茖W校畢業(yè) 設(shè)計說明書 34 較慢的外部存儲器時，必須使用片內(nèi)等待狀態(tài)發(fā)生器，在訪問周期內(nèi)插入一個等待狀態(tài)，等待狀態(tài)一直持續(xù)到外部存貯器提供準備就緒的信號才能解除。 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)計外部存儲器部分時也相應(yīng)地分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分設(shè)計。當CNF=1時， 288字被配置為數(shù)據(jù)存儲器 (BO、 B2塊 )， 256字被配置為程序存儲器 (B1塊 ),由于 LF2407采用四級流水線工作，在流水線操作過程中， CPU在第三個時