【正文】 ，主要用于芯片內(nèi)部測試。 上電后 ， 控制器的操作方式 取決于 TRST、 EMUO和 EMUI的 信號狀態(tài) 。 JTAG接口可對 PSD芯片內(nèi)部的所有部件進行編程。 TPS767D318電源電平轉(zhuǎn)換 硬件 電路 如圖 34所示，這款 TI公司設計的 TPS767D318芯片，可以由輸入端 +5V電壓，產(chǎn)生核心電壓 + I/O接口電壓 +，同時該芯片可以提供 DSP復位信號；該芯片的最大輸出電流為 l A，其中模擬地和數(shù)字地用小電阻或磁珠連接，防止電磁干擾 。當 芯片溫度高于門限值時，它將會自動關(guān)閉，一旦溫度低于門限值，又會重新進入工作狀態(tài)。這種高可靠性的處理加上創(chuàng)新的電路設計技術(shù)，生產(chǎn)出高性能，低功耗的設備。數(shù)據(jù)字節(jié)既允許高字節(jié)（ UB ）進入，也允許低字節(jié) ( LB )進入。 逆變器主電路 功率驅(qū)動回路 主要的作用是 進行能量轉(zhuǎn)換 和 驅(qū)動伺服電機工作 ， 主要 包括 整流電路、濾波電路 和 三相橋式 逆變器 電路 組成，如圖 36所示 [11]。三相橋式整流電路由六個 IGBT組成， IGBT主要特點是高耐壓、高開關(guān)頻率、電流大、導通電阻小、控制功率小等。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。這里采用常用的電容濾波電路，在整流輸出端并入大基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 21 電容，整流輸出直流電壓含有很多偶次諧波，頻率越高，電容容抗越小，分流作用越大，諧波被濾除的就越多，輸出電壓的平均值就越大。如果濾波電容上的電壓較高，電荷不放完，將對人身安全構(gòu)成威脅。而智能功率模塊 (IPM)是將大功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內(nèi)，是電力集成電路 PIC的一種。同時飽合壓降和開關(guān)速度之間的關(guān)系達到最優(yōu)化，具有足夠的安全工作區(qū)，能很好地滿足由控制 IC給出的保護范圍。 IPM內(nèi)置各種保護功能，如過溫、過流、欠壓、短路保護。 電流檢測 是將永磁同步電動機的 三相定子電流 進行 AD轉(zhuǎn)換成相應的二進制代碼 ，實現(xiàn)DSP便捷 處理。 圖 37 定子電流采樣電路 速度檢測 在高性能的數(shù)字控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電機位置和轉(zhuǎn)速的數(shù)字檢測是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。 (2)絕對式光電碼盤 絕對式光電碼盤上有許多圈槽，為獲得高分辨率就要求很高的機械加工精度，導致成本很高。其工作原理是：光電碼盤一側(cè)的兩個光敏管受另 一側(cè)發(fā)光二極管的控制。 圖 38 增量式光電編碼器工作原理圖和輸出波形 圖 39 光電隔離 電路 本 系統(tǒng) 采用 了 光電編碼器 作為測速裝置 ，它有 A， B， Z三相輸出，利用 Z相 相對于 A，B相的位置 能很 精確定位 出 電機的磁極 實際 位置。 由于碼盤輸出的信號最高接近 60kHz，而普通光耦的開通和關(guān)斷就有幾個微秒的延時，無法滿足要求，因此，本文采用高速光耦 器 6N137。 （ 2） T法 T法測速是測出相鄰兩個脈沖之間的間隔時間來計算轉(zhuǎn)速的一種測速方法。在 M／T法中，既要如 M法那樣，測量在檢測周期 T內(nèi)光電編碼器輸出的脈沖數(shù) m1，同時又要按照T法那樣，測量 m1個脈沖周期的時鐘 脈沖個數(shù) m2，測速公式為 mPmf60n 21? (34) RS232轉(zhuǎn) SCI通訊接口電路 本系統(tǒng)由于需要與 PC機通訊，本論文應用了 RS232專用的電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，進行電平轉(zhuǎn)換。 設時鐘頻率為 f，光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出 P個脈沖，兩個脈沖間的計數(shù)值 m，則光電脈沖周期 T為 fmT? (32) PT60Pmf60n ?? (33) T法測速法，轉(zhuǎn)速越高，測量計數(shù)值 m越小，所以 T法測速比較適合于低速場合。 福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 （ 1） M法 M法是在一定時間間隔 T內(nèi)，對光電碼盤脈沖進行計數(shù)，進而計算出轉(zhuǎn)速。當該電路 被使能 時 ，引腳 CAPI/QEPI和 CAPZ/QEPZ接收脈沖信號 ，并進行解碼和計數(shù) 。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。 在伺服控制系統(tǒng)中，實現(xiàn) 系統(tǒng) 的高 性能的關(guān)鍵技術(shù) 是 電機位置和轉(zhuǎn)速的 全數(shù)字 檢測 。它們的主要特點如下： (1)增量式光電碼盤 增量式光電碼盤數(shù)據(jù)處理電路簡單。 系統(tǒng) 運行中的電流信號 經(jīng)過 霍爾電流傳感器實時采集下來， 再到 DSP的 A/D轉(zhuǎn)換 電路來 進行實時采樣 ，這就是 定子電流采樣電路 的主要作用 。 三相橋臂內(nèi)含續(xù)流二極 管，內(nèi)置驅(qū)動電路、保護電路和報警輸出電路。以嚴密的時序邏輯監(jiān)控保護，可防止過電流、短路、過熱及欠電壓等故障發(fā)生。 采用低飽和壓降，高開關(guān)速度，內(nèi)設低損耗電流傳感器的 IGBT功率器件。 IGBT是 80年代出現(xiàn)的新一代復合型電力 電子器件，它集合了 MOSFET和 GTR的優(yōu)點，適合于高速、低功耗的場合，如電機控制，開關(guān)電源等。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲能電容器。本設計采用的是單相整流橋。 IPM模塊 具有 智能化、集成化、模塊化、保護功能全、性價比高、控制驅(qū)動簡單等特點， 使系統(tǒng)更加簡潔。 整流電路 由 4個 普通二極管 組合成可控 整流橋?qū)崿F(xiàn) ，其主要作用是將市電電源的單相交流全波整流成直流 。 RAM 擴展 電路 如圖 35所示 。 簡單的存儲器擴展是由芯片使能端和輸出使能端來提供， CE 和 OE 。 IS61LV25616AL是由高速的， 4， 194， 304字節(jié)靜態(tài) RAM，由 16位的 262， 144字節(jié)組成。 外部輸入電壓經(jīng)過 一個 1 uF的極性電容濾波后進入電源芯片 TPS767D318， 提高 芯片 可靠性。為了實現(xiàn)芯片的正常運行，必須進行電源電壓的轉(zhuǎn)換。 引腳用作中斷輸入，福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 18 該中斷來自仿真系統(tǒng)的輸入，通過 JTAG掃描定義為輸入 /輸出 。標準的 JTAG接口 是 4線： TMS、TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。為了實現(xiàn)仿真通信，系統(tǒng)必須設計帶有 14引腳的雙排直插管座。 下面對主要電路進行詳細介紹 [8]。 系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu) 圖 31所示為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。表 22列出基本電壓矢量與兩相坐標 系下的電壓值。 因為開關(guān)量 [a， b， c]有 8個不相同的組合值， 000、 00 0 01 100、 10 1111，其中 000、 111兩種模式的逆變器輸出為零，稱為零狀態(tài)。 c， c39。 與正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)相比， SVPWM 在輸出電壓或電機線圈中的電流中都將產(chǎn)生更少的諧波，降低 了 電磁轉(zhuǎn)矩脈動 ， 減小 了 電流波形畸變 ， 提高了對電源逆變器直流供電電源的利用效率 ，更 易于數(shù)字化的實現(xiàn) ， 是現(xiàn)代伺服系統(tǒng)理想的調(diào)制技術(shù) 。 在滿足功率不變的情況下，有： ??????????????????????KKKNNCC T2321232101232/312/3 （ 213） 由單位矩陣 C3/2C3/21=E，可得， N3/N2=32 和 K=21，代入上式得 ： ????????????????????2121212323021211322/3C （ 214） 基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 9 ???????????????????????? ?21232121232121013213232 CC （ 215） Park變換 一個旋轉(zhuǎn)矢量從 αβ垂直坐標系變到 dq旋轉(zhuǎn)坐標系，稱 做 Park變換。 其主要思想是 一個旋轉(zhuǎn)矢量從 ABC坐標系變換到兩 αβ坐標系 ， 為方便起見α軸與 a軸重合。 永磁同步電機的坐標變換 為了簡化和求解永磁同步電動機的數(shù)學模型的方程，一般使用電機坐標變換理論對永磁同步電機的基本方程進行線性變化來實現(xiàn)電機數(shù)學模型的解耦。 矢量控制的目的是為基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 7 了改善轉(zhuǎn)矩控制性能，而最終實施仍然是落實在對定子電流（交流量）的控制上。 dq坐標系的旋轉(zhuǎn)角頻率 (即轉(zhuǎn)子電角速度 )和電機轉(zhuǎn)子機械角速度 之間 的關(guān)系為： ??? mmp （ 27） 對于普通的永磁同步電機，在 Ld =Lq =L 時，凸極轉(zhuǎn)矩項 pm（ LdLq） idiq 為零 。 圖 22 永磁同步電機 dq坐標系下的等效模型 在上述假定下， PMSM在 dq坐標系下的電機方程如下： 定子磁鏈方程： ???? fddd iL iLqqq?? （ 21） Ψf是 轉(zhuǎn)子磁鋼在定子繞組上的耦合磁鏈 ； Ld 、 Lq是 dq坐標系上的等效電樞電感分量；id 、 iq是 dq坐標系上的電樞電流分量 。在圖中定義逆時針旋轉(zhuǎn)的方向為轉(zhuǎn)速的正方向，其中 Ψf為永磁體磁鏈，它的方向與磁極 磁場軸線相同， is為定子電流矢量。 本文中的永磁同步電動機都是指 表貼式 正弦波永磁同步電動機 。 永磁同步電機數(shù)學模型 永磁同步電 動 機和繞線式同步電 動 機 ，它們在 定子結(jié)構(gòu) 上都是 由鐵心和電樞繞組構(gòu)成。 第三章 硬件電路設 計包括以 DSP為核心的控制系統(tǒng)中設計主電路和保護電路等，并給出功率驅(qū)動電路、電流檢測、電壓檢測、 電平轉(zhuǎn)換等電路的分析和設計。可以毫不夸張地說，永磁同步電動機已在從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領域作為最主要的驅(qū)動電機出現(xiàn)，而且前景 會越來越明顯。交流伺服控制系統(tǒng)的核心在于微處理器的發(fā)展，系統(tǒng)的控制功能和控制效果的實現(xiàn)往往取決于機型的選擇。而對于伺服系統(tǒng)對應的功 率范圍，稀土永磁電機的轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比為其它電力磁電機的兩倍左右，而且低速控制性能優(yōu)異。 （ 2） 變頻器產(chǎn)品所用半導體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。 （ 3） 控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。 國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點 : （ 1） 市場的大量需求。其良好的性能在很多場合得到了應用， 如柔性制造系統(tǒng)應用、 在新型電梯驅(qū)動中的應用 、 在工業(yè)機器人中的應用 、辦公自動化應用、 在高性能數(shù)控機床上的應用 等 。 永磁同步電機的特點是用永磁體取代繞線式同步電機轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組，從而省去了勵磁線圈、滑環(huán)和電刷。 交流伺服電動機通常分為 籠式異步 (感應 )伺服電動機和永磁同步伺服電動機。 20 世紀 60 年代開始，具有線性退磁曲線、高矯頑力和高剩磁密度的優(yōu)異磁性能的欽鐵硼永磁和稀土鉆永磁相續(xù)問世，使得永磁同步電機發(fā)展非常迅速。伺服技術(shù)，它廣泛地應用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人等工廠自動化設備中。 隨著大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器 (DSP)在功能、處理速度和處理能力方面都取得了劃時代的 突破，以及高性能釹鐵硼永磁材料的發(fā)展，為各類永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義 [1]。然后設計了基于 TMS320F2812的軟件 平臺 ，給出了主程序和中斷服務子程序流程圖，結(jié)合 CCS集成開發(fā)環(huán)境，對整個控制系統(tǒng)進行了軟件調(diào)試并且做了相關(guān)實驗，得到了 SVPWM的輸出波形以及相電流波形，經(jīng)實驗證明該數(shù)字控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。 隨著永磁材料性能的大幅度提高和價格的 降低，以及電力電子器件的進一步發(fā)展，永磁同步電動機己逐步成為交流伺服系統(tǒng)的主流。特此聲明。文中引用他人研究成果的部分已在標注中說明；其他同志對本設計（論文）的啟發(fā)和貢獻均已在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。 論文作者簽名： 指導教師簽名： 日期