【正文】 存 器死 區(qū) 控 制 寄存 器P H xC lo c k內(nèi) 部 總 線D T P H xD T P H x 圖 死區(qū)控制寄存器結(jié)構(gòu)圖 在本系統(tǒng)中，軟件編程主要涉及轉(zhuǎn)速計(jì)算、電流電壓測(cè)量、 PI 控制、 PWM波形實(shí)現(xiàn)以及故障檢測(cè)，包括對(duì)程序空間、數(shù)據(jù)空間、外部 I/0 空間、外部事件管理模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、看門(mén)狗等資源的操作。 DSP 的死區(qū)根據(jù) ACTR 的高低有效性而改變，高有效時(shí)不允許上下管的控制信號(hào)同為高電平，低有效時(shí)不允許同為低電平。 死區(qū)單元的工作原理是：它根據(jù)全比較單元輸出的 PWM 信號(hào)作為輸入，根據(jù)其跳變沿來(lái)使能裝載 8 位減計(jì)數(shù)器， 8 位減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值由 DBTCON 的高 8位提供，時(shí)鐘由 CPU 輸入時(shí)鐘通過(guò) DBTCON 的第 4 位決定的預(yù)定標(biāo)因子分頻后作為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘，在計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到 0 前， 比較器輸出為低電平封鎖與門(mén)。在計(jì)數(shù)器跳變的工程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx（ x= 3） 的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與任一比較寄存器的值相等，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，如圖 所示，在一個(gè)周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩 次電平翻轉(zhuǎn)。 g. 在每個(gè)采樣周期重寫(xiě) CMPRx（ x= 3） 。 c. 設(shè)置死區(qū)時(shí)間控制寄存器 DBTCON。 控制寄存器設(shè)置 控制寄存器是指為產(chǎn)生 SPWM 波而需要設(shè)置的事件管理器（ EVA）中的特殊功能寄存器。 調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓 (uab=uaub。 具體實(shí)現(xiàn)方法有兩種： 單極性 SPWM 法 (1)調(diào)制波和載波： 曲線 ① 是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比 kf，振幅值決定于 ku,曲線 ② 是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于 ku=1 時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同(即單極性 )。因此 ,為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法 梯形波與三角波比較法 .該方法是采用梯基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 18 形波作為調(diào)制信號(hào)，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn) PWM 控制。其原理是對(duì)輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，表示為 u(ω t)=ansinnω t,首先確定基波分量 a1 的值，再令兩個(gè)不同的 an=0，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立求解得 a1,a2及 a3,這樣就可以消去兩個(gè)頻率的諧波。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣。 III 軟件生成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得 比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。 I 等面積法 該方案實(shí)際上就是 SPWM 法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中 ,通過(guò)查表的方式生成 PWM 信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷 ,以達(dá)到預(yù)期的目的 .由于此方法是以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn) ,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻 ,其所得的的波形很接近正弦波 ,但其存在計(jì)算繁瑣 ,數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大 ,不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn) . II 硬件調(diào)制法 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的 ,其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào) ,把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 17 望的 PWM 波形。 所謂 SPWM，就是在 PWM 的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。 一旦 MR 輸入電平為低，則所有輸出將被強(qiáng)制置為低，而不依賴于時(shí)鐘或者數(shù)據(jù)輸入。 特性 多路分配功能 復(fù)合使能輸入，輕松實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展 兼容 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) 存儲(chǔ)器芯片譯碼選擇的理想選擇 低有效互斥輸出 ESD 保護(hù) HBM EIA/JESD22A114C 超過(guò) 2020 V MM EIA/JESD22A115A超過(guò) 200 V 溫度范圍 40～ +85 ℃ 40～ +125 ℃ （ 74HV273） 74HC273 是一款高速 CMOS 器件， 74HC273 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 16 列。除非 E1和 E2置低且 E3置高，否則 74HC138 將保持所有輸出為高。在汽車工業(yè)，許多制造商都應(yīng)用他們自己的標(biāo)準(zhǔn)。 CAN 的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。這些特性包括： 低成本 極高的總線利用率 很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離 (長(zhǎng)達(dá) 10Km) 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá) 1Mbit/s） 可根據(jù)報(bào)文的 ID決定接收或屏蔽該報(bào)文 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā) 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息 CAN 是怎樣工作的 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 15 CAN 通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。例如，當(dāng)使用 Philips P82C250 作為 CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)。最初， CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置 ECU 之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。如果有幾百上千臺(tái)控制器，請(qǐng)采用 多 串口卡 或者 485HUB 來(lái)解決，具體 請(qǐng)參考 “ 如果系統(tǒng)控制器數(shù)成百上千臺(tái)，如何組網(wǎng)？ ” 堅(jiān)決禁止使用無(wú)源 485轉(zhuǎn)換器，具體請(qǐng)參考 “ 為什么禁止使用無(wú)源 485轉(zhuǎn)換器？ ” 485 通訊總線（必須用雙絞線，或者網(wǎng)線的其中一組），如果用普通的電線（沒(méi)有雙絞）干擾將非常大，通訊不暢，甚至通訊不上。如果距離超長(zhǎng)，可以選購(gòu) 485 中繼器（延長(zhǎng)器）（請(qǐng)向?qū)I(yè)的轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)公司購(gòu)買(mǎi)，中繼器的放置位置是在總線中間還是開(kāi)始，請(qǐng)參考相關(guān)廠家的說(shuō)明書(shū)。 485 通 訊 RS485 和 RS232 的基本的通訊機(jī)理是一致的，他的優(yōu)點(diǎn)在于彌補(bǔ)了 RS232 通訊距離短，不能進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理的缺點(diǎn)。它在芯片內(nèi)部是漏極開(kāi)路輸出端，低電平有效。 ITRIP 是過(guò)流信號(hào)檢測(cè)輸入端，可通過(guò)輸入電流信號(hào)來(lái)完成過(guò)流或直通保護(hù)。它自身工作和電源電壓的范圍較寬 (3～ 20 V)，在它的內(nèi)部還設(shè)計(jì)有與被驅(qū)動(dòng)的功率器件所通過(guò)的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計(jì)還保證了內(nèi)部的 3個(gè)通道的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器和低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器可單獨(dú)使用，亦可只用其內(nèi)部 的 3 個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，并且輸入信號(hào)與TTL 及 CMOS 電平兼容。它們能夠?qū)崿F(xiàn) :三相反相器控制 ； PWM 的對(duì)稱和非對(duì)稱波形 ；當(dāng)外部引腳 PDPINTX 出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉 PWM 通道 ； 可編程的 PWM 死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖 ； 3 個(gè)捕單元 ； 片內(nèi)光電編碼器接口電路 ； 16 通道A/D 轉(zhuǎn)換器。流水技術(shù)是將各指令的各個(gè)步驟重疊起來(lái)執(zhí)行，而不是一條指令執(zhí)行完成之后，才開(kāi)始執(zhí)行下一條指令。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問(wèn)同一存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)吞吐率低。 TMS320LF240xDSP 有以下一些特點(diǎn) ： 采用哈佛結(jié)構(gòu) 。 電機(jī)型號(hào)及相關(guān)參數(shù)： ， 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 3 ： 注：系統(tǒng)總圖見(jiàn)附錄 DSP 驅(qū)動(dòng)電路 逆變電路 三相異步電機(jī) + 24V 75176 CAN 總線 485 CAN 人機(jī)接口 顯示 按鍵 X25040 AD 信 號(hào)處理 i 10K 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 4 主電路 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 5 驅(qū)動(dòng)電路 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 6 （ 2272） 連接（ 431） 電源 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 7 485 通訊 CAN 總線 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 8 譯碼器（ 74HC138） 鎖存器（ 74HC273） 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 9 鍵盤(pán)顯示電路 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 10 : （ TMS320LF240xA） 芯片特點(diǎn)概述 TI 公司的 TMS320LF2407A 芯片作為 DSP 控制器 24x 系列的新成員，是TM S320C2020TM平臺(tái)下的一種定點(diǎn) DSP 芯片。 3. 元件及介紹 DSP 全稱是： Digital Signal Processing，即 數(shù)字信號(hào)處理的理論和方法。最后構(gòu)建三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置，在該裝置上進(jìn)行變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)研究。矢量控制思想是將異步電機(jī)模擬成直流電機(jī)，通過(guò)坐標(biāo)變換，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的兩個(gè)直流分量，實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。 2. 概要： 電機(jī)節(jié)能問(wèn)題一直是廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)，在電機(jī)節(jié)能技術(shù)中最受矚目的是 變頻調(diào)速技術(shù)。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 2 1. 要求： 系統(tǒng)輸入直流電，輸出三相交流電，以控制三相異步電機(jī)。脈寬調(diào)制技術(shù)中重點(diǎn)分析正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（ SPWM）和電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（ SVPWM）的基本原理和控制算法。在軟件設(shè)計(jì)方面，本文用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)基于TMS320LF2407A DSP 的三相異步電動(dòng)機(jī)矢量控制程序，整個(gè)矢量控制程序由主程序和中斷服務(wù)子程序組成。該變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)為今后開(kāi)發(fā)更高性能的變頻調(diào) 速系 統(tǒng)創(chuàng)造了條件。 本系統(tǒng)采用 24V 直流電源，通過(guò)逆變電路，將直流電變成三相交流電，進(jìn)而控制三相異步電機(jī)。在與現(xiàn)存 24xDSP 控制器芯片代碼兼容的同時(shí)， LF2407A芯片具有處理性能更好 （ 40MIPS） 、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、 A/D 轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)產(chǎn)品。而馮一諾依曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 11 址、依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。 計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令時(shí)，總要經(jīng)過(guò)取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行運(yùn)算等步驟，需要若干個(gè)指令周期才能完成。 DSP 處理器所采用的將程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址和數(shù)據(jù)總線分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，為采用流水技術(shù)提供了很大的方便 ； 采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降為 ，減少了控制器的功耗 ； 40MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 25ns（ 40MHZ） ，從而提高了控制器的實(shí) 時(shí)控制能力 ； 基于 TMS320C2xxDSP 的 CPU 核，保證了 TMS320LF240x系列 DSP 代碼和 TMS320 系列代碼兼容 ； 片內(nèi)有高達(dá) 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 字的數(shù)據(jù) /程序 RAM， 544 字雙口 RAM(DARAM)和 2K 字的單口 RAM（ SARAM） ；兩個(gè)事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個(gè)包括 :兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器 ； 8 個(gè) 16 位脈寬調(diào)制 （ PWM） 通道。它內(nèi)部設(shè)計(jì)有過(guò)流、過(guò)壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便地用來(lái)保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的 MOS 門(mén)功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可以用于高壓系統(tǒng)，它還可以對(duì)同一橋臂上下兩個(gè)功率器件的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生 O． 8μ s互鎖延時(shí)時(shí)間。