【正文】 價格適中，是DSP控制領(lǐng)域的一款主打產(chǎn)品，兼容性強(qiáng)，配套文字?jǐn)?shù)據(jù)和軟件豐富，易于控制及調(diào)試。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。先進(jìn)的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器特別適合電機(jī)及其它運(yùn)動控制運(yùn)用，能夠真正的實現(xiàn)單片控制器。（8）TMS320F2812 DSP芯片具有豐富的中斷及外圍接口。 電動輪自卸車傳動系統(tǒng)比較分析 自卸車交一交傳動系統(tǒng)與交一直傳動系統(tǒng)的比較電傳動礦用車按其電力性質(zhì)分為三種:首先是采用直流發(fā)電機(jī)驅(qū)動直流電動機(jī)，簡稱直一直方式，早期的電傳動方式主要采用該方式，現(xiàn)已淘汰。直流電機(jī)是系統(tǒng)主要的控制對象，如車輛在牽引工況下，控制其作直流電動機(jī)方式運(yùn)行，且確保車輛有適當(dāng)?shù)臓恳?。轉(zhuǎn)速在極大程度上受到制約。隨著礦用車向大型化發(fā)展，輪電機(jī)又面臨熱負(fù)荷的問題，由于電動輪裝于車輪的中心，留給電機(jī)的空間有限，直流電機(jī)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上自卸車噸位的增長要求。同時，若控制適當(dāng)，使用了交流變頻調(diào)速裝置后的電動輪自卸車應(yīng)該更具有優(yōu)越性能[7]:①可以使大功率的異步電動機(jī)驅(qū)動電動輪實現(xiàn)無級調(diào)速，且節(jié)電效果較好。由于交流變頻調(diào)速技術(shù)具有上述特點，因此開始取代直流調(diào)速裝置，成為電動輪自卸車傳動控制的發(fā)展方向。(2)電動輪自卸車交流傳動裝置的組成如圖2. 1所示，大型電動輪自卸車傳動裝置的整體結(jié)構(gòu)中包含的主要部分有:柴油動力源，同步發(fā)電機(jī)組，三相全橋和逆變電路，以及異步電動機(jī)與電動輪組合機(jī)組。在基頻以上則用恒壓升頻控制，相當(dāng)于直流電動機(jī)的弱磁控制。0 fmin frate frequencyVrate VminVoltage rate VVVF標(biāo)量控制原理圖②矢量控制技術(shù)如果能使控制感應(yīng)電動機(jī)像直流電動機(jī)控制轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流那樣，那么就可以很好的控制其轉(zhuǎn)矩[10]。簡單的說，向量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，然后分別設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)對交流電機(jī)的高性能調(diào)速。 () 式()中代表電磁轉(zhuǎn)矩，和分別代表定子磁鏈向量和轉(zhuǎn)子磁鏈量，為以上各式中各種電感合成的結(jié)果，表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈空間電角度。但對于兩者的優(yōu)缺點以及應(yīng)用的局限性目前還有許多不同的認(rèn)識，現(xiàn)將二者在控制性能上的比較總結(jié)歸納如下[12]： 向量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的性能比較控制性能 向量控制(VC) 直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) 動態(tài)響應(yīng) 好 好轉(zhuǎn)矩脈動 小 大平均轉(zhuǎn)矩可控性 可控 不可控 電流可控性 可控 不可控電流諧波 中等 多固定的開關(guān)頻率 有 無磁鏈控制效果 好 低速差調(diào)速范圍 寬 寬 參數(shù)敏感性 中等 低速敏感 通過對VVVF控制技術(shù)，向量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的模擬分析，可以知道相對于VVVF控制技術(shù)而言，向量控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的單獨控制，并且相對于直接轉(zhuǎn)矩控制而言，該技術(shù)還能使控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸出脈動較小。輸入的數(shù)據(jù)采用向量控制算法由DSP的CPU運(yùn)算處理后，在其六個PWM口得到可用于電初控制的PWM脈沖信號。電壓、電流傳感和采樣調(diào)理電路，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)中的電壓和電流信號處理成為能被DSP所接受的電壓信號(0～+3V)。IGBT逆變電路，其功能是將直流逆變成電壓和頻率都可調(diào)的三相交流，達(dá)到對原三相交流電源頻率的改變。三相交流電源（220V/50Hz）短路、過載和漏電保護(hù)三相不可控整流電路電壓和電流檢測IGB逆變電路及保護(hù)電路過載保護(hù)三相交流異步電動機(jī)測速電機(jī) 控制系統(tǒng)主電路框圖 系統(tǒng)控制電路組成?？刂破髟O(shè)有2個RS485串行通訊口，可保證它與上位機(jī)（故障診斷機(jī)）進(jìn)行可靠通信。作為DSP的工作電源；20MHz的外部頻率經(jīng)PLL倍頻后為100MHz和150MHz作為DSP的工作頻率。同步信號模塊主要是檢測發(fā)電機(jī)發(fā)出的三次諧波頻率，實現(xiàn)PWM波輸出與工作電壓同步。TAX，如TA1，表示霍爾電流傳感器；PVX，如PV1，表示模擬電壓表裝置。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。而檢測電路有整流后的電壓和電流檢測，使用并聯(lián)的電壓傳感器TV1和串聯(lián)的霍爾電流傳感器TA4以及模擬電壓表PV1和模擬電流表PA4進(jìn)行檢測和測量都反饋給主控制器DSP進(jìn)行控制，以達(dá)到閉環(huán)控制；其中還有白熾燈顯示其是否在工作；逆變后使用TATA2和TA3的電流傳感器分別對其每相進(jìn)行電流檢測，同時使用電壓傳感器TV2和TV3并聯(lián)三相中的任意兩相進(jìn)行電壓檢測都反饋到DSP進(jìn)行控制，達(dá)到電壓電流的閉環(huán)控制，其中也包括模擬電壓電流表進(jìn)行測量和顯示；電動機(jī)的測速檢測，使用測速發(fā)電機(jī)TG對三相異步電動機(jī)的速度進(jìn)行檢測，將其檢測值反饋給DSP進(jìn)行控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。因此硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓必須大于此電壓值才能安全工作，即由下式（）可知： ()式中：是硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓；是快速熔斷器額定電壓；是安全系數(shù)，～[14]。③接觸器主、輔觸點數(shù)應(yīng)能滿足被控電路的需要。而電動機(jī)的額定電流為217A,涌過比較系統(tǒng)中采用貝恩斯特電氣公司的LR2D3363C型號，該器件正常工作的環(huán)境溫度25～+55℃工作極限的環(huán)境溫度40～+70℃額定絕緣電壓690V。適合于電動機(jī)的過載，缺相保護(hù)。該型號電流傳感器適用AC，DC，脈沖等復(fù)雜電流信號的隔離轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于變頻器，UPS，伺服控制等系統(tǒng)電流信號的采集和反饋控制，響應(yīng)時間快，抗干擾能力強(qiáng)。選擇電動機(jī)功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機(jī)的過載能力是否足夠，因為各種電動機(jī)的短時過載能力都是有限的。～—考慮電網(wǎng)電壓下降引起及下降的系數(shù)。（7）測速電機(jī)，TG為測速電機(jī)，系統(tǒng)采用杰韋弗公司的永久勵磁型的測速電機(jī)TYP型號，該測速電機(jī)符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，并且簡單可靠。正向峰值電壓。 ( 10) IGBT驅(qū)動電路本裝置中選擇Concept公司的2sd315A芯片作為IGBT的驅(qū)動器件。②該驅(qū)動模塊的接口非常簡單，能處理所有從5V～，它對輸入端信號無特殊的邊沿陡度要求，而且狀態(tài)回饋輸出端設(shè)計為集電極開路，因此，該電路可以適應(yīng)任何電平邏輯。⑤過流保護(hù)能準(zhǔn)確無誤的動作，且簡單易調(diào)，同時具有欠壓保護(hù)功能，并采取與過流保護(hù)同樣的措施。 變頻器再生運(yùn)行，當(dāng)其運(yùn)行在II , IV象限時，其轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生運(yùn)轉(zhuǎn)[17]。 變頻器再生運(yùn)行狀態(tài) 能耗制動工作方式能耗制動是利用制動電阻將再生能量轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉的制動方式，制動電阻連接在制動回路上，能量流動的路徑是:機(jī)械設(shè)備的機(jī)械能一電動機(jī)發(fā)電電能一逆變器一直流回路一制動電阻一熱能[18]。制動單元控制目標(biāo)，使直流電壓在允許的范圍內(nèi)波動。制動電阻阻值一方而關(guān)系到最大制動能力的問題，另一方而涉及到逆變器瞬間電流大小的問題。電阻上流過的瞬間電流，一部分來自逆變器，一部分來自電容器，因此，通過逆變器的電流必然不大于電阻中流過的電流。m)一電機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩+換算到電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩(Nm)一直流回路電壓(V)一減速前的轉(zhuǎn)速(r/min)比較和，取其中的較小值作為。通常可取03～05。其實，這些信號輸入都經(jīng)過傳感器后轉(zhuǎn)換成兩類信號，即模擬量和開關(guān)量。最后，由于系統(tǒng)的需要還設(shè)計JTAG仿真器接口電路為了給系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真；外部擴(kuò)展的SPI接口存儲器電路，用來存儲車輛實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，以供上位機(jī)讀??；RS232轉(zhuǎn)RS485通信電路，因TMS320F2812芯片有一個支持RS232通信標(biāo)準(zhǔn)的片上異步串行通信接口，而電動輪自卸車的工作環(huán)境復(fù)雜、干擾較大，所以將RS232通信轉(zhuǎn)換為RS485通信，以實現(xiàn)信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及遠(yuǎn)距離的擴(kuò)展，在上位機(jī)端再將RS485信號轉(zhuǎn)換為RS232信號，實現(xiàn)與下位機(jī)通信；同步信號輸入電路，用來處理輸入信號的同步問題；最后需要為DSP設(shè)計時鐘電路和復(fù)位電路，由于TMS320F2812芯片內(nèi)含時鐘發(fā)生器和時序控制邏輯，它們用來產(chǎn)生CPU的操作時序，但仍需要設(shè)計外部時鐘電路，以便與內(nèi)部時鐘電路協(xié)調(diào)工作，為電路產(chǎn)生更多時鐘頻率以及提供更加穩(wěn)定可靠的時鐘；而對于復(fù)位電路是必須應(yīng)具備的，以免當(dāng)控制器工作到死機(jī)是不能恢復(fù)以及可以進(jìn)行初始化。鎖相環(huán)的作用是使CLKOUT的頻率為CLKIN頻率的倍頻，并鎖存CLKOUT的相位。XRS是不可屏蔽的外部中斷，并具有最高優(yōu)先級，可以在上電或芯片工作的任何時候進(jìn)行復(fù)位，以便把芯片置為初始狀態(tài)。TMS320F2812芯片的FLASH存儲體在寫數(shù)據(jù)的時候不能對其相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行讀操作，在實際工作環(huán)境下是不可能將這些區(qū)域劃分得如此精細(xì)的，于是本課題基于實際情況擴(kuò)展了一片帶掉電保護(hù)的鐵電存儲芯片F(xiàn)M25L256，大小為256K。本課題考慮到現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、干擾較大的實際情況，將RS232通信轉(zhuǎn)換為RS485通信，以實現(xiàn)信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及距離上的擴(kuò)展。TI在其TMS320系列芯片上設(shè)置了符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的測試接口及相應(yīng)的控制器。輸入阻抗為50K，12位A/D轉(zhuǎn)換，%。 模擬量輸入電路圖PWM方式模擬量輸出電路具有如下特點：光電隔離輸入，開路晶體管輸出，輸出值與PWM脈寬成正比，因而通過外部積分電路可以把PWM信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。 PWM方式模擬量輸出電路圖7．開關(guān)量輸入輸出電路設(shè)計脈沖計數(shù)電路具有如下特點：光電隔離輸入，最大輸入電壓可達(dá)到40V，設(shè)計了限幅穩(wěn)壓二極管，去除小干擾信號的影響，最小輸入有效脈沖電壓，采用高速光隔離器件，最大脈沖頻率可達(dá)500KHz,最大隔離電壓為6KV。 脈沖計數(shù)電路圖開關(guān)量輸入電路具有如下特點：光電隔離輸入，最大輸入電壓可達(dá)到40V，設(shè)計了限幅穩(wěn)壓二極管，去除小干擾信號的影響，最小輸入有效電壓，采用高速光電器件，最大開關(guān)頻率可達(dá)500KHz,最大隔離電壓為6KV。整個電路板包含28路開關(guān)量輸出。(2)電源控制電路電源設(shè)計選用TI公司的TPS767D318電源芯片，在輸入電源為DC5V的前提下，以及一個復(fù)位輸出。但考慮到現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、干擾較大的實際情況，將RS232通信轉(zhuǎn)換為RS485通信，以實現(xiàn)信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及距離上的擴(kuò)展。為了符合仿真標(biāo)準(zhǔn)JTAG和兼容TMS320F2812的仿真接口，則選用了TDS510usb2A仿真器。將TPS輸入經(jīng)過濾波與放大，再通過比較器電壓比較，可以最大限度地屏蔽掉過零震蕩。1．電流采樣電路設(shè)計矢量控制系統(tǒng)要求實時的獲得電流的精確值，基于這一實際要求，系統(tǒng)通過霍爾電流傳感器對電機(jī)的相電流進(jìn)行檢測。C11電壓調(diào)理電路電壓跟隨隔離前級濾波電路TA3R13R14AGNDAGNDAGNDC10R16R20R17R18R15R19 電流信號檢測電路2．電壓采樣電路設(shè)計設(shè)計中選擇NV25P作為電壓傳感器，該器件原邊和副邊的轉(zhuǎn)換比例為:2500:1000。若光電編碼盤為1200個齒的話，方波頻率大小與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為: （）M光電隔離與脈沖整形電路DSP QEP單元與CAP結(jié)構(gòu) 測速模塊示意圖由于2812DSP所能接受的電壓信號為0～3 V，與本設(shè)計中使用的光電編碼器其輸出幅度不匹配。該部分的電路圖，直流電壓保護(hù)信號取自主電路電壓檢測電阻，經(jīng)電阻R2, R4分壓和光耦隔離后送入控制電路。(這里的隔離光耦是工作在線性工作區(qū)內(nèi))。當(dāng)發(fā)生過流故障時，OC輸出低電平，它與其他信號相與后送DSP的中斷口，當(dāng)2812 DSP的引腳接收到低電平后，DSP將做出相應(yīng)的中斷處理，立即封鎖PWM輸出。因此，低電壓工作芯片的發(fā)展對供電電源提出了新的要求。（3）進(jìn)行系統(tǒng)的主電路和控制電路設(shè)計，首先設(shè)計出系統(tǒng)主電路和控制電路的框圖以及系統(tǒng)的組成，并且對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)論述，從而來設(shè)計出系統(tǒng)的主電路和控制電路原理圖以及系統(tǒng)的制動電路，并且對其系統(tǒng)主電路和控制電路進(jìn)行了工作原理論述以及其器件選型的比較和其中的參數(shù)計算，制動電路的原理論述。交—交傳動方式必將取代交—直傳動方式。在求學(xué)期間，本人得到眾多老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助，至此論文完成之際，謹(jǐn)向他們表示最誠摯的謝意！首先，我要感謝的是信息與電氣工程學(xué)院的兩位老師：郭小定老師和李燕老師。最后，特別要感謝郭小定老師和他的研究生鄧景新學(xué)長的幫助，他們的專心指導(dǎo)和細(xì)心講解，讓我有了設(shè)計的基礎(chǔ)知識和論文設(shè)計的基本思路