【正文】 { *T4CON=*T4CON|0x40。 圖 系統(tǒng)軟件流程 圖 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 25 25 圖 示出系統(tǒng)的軟件流程圖。其方法是把 1 個(gè)三角載波 uc 周期內(nèi)的正弦調(diào)制波 ur 看成不變，在一個(gè)三角波周期只需在 B點(diǎn)取樣一次，這樣可使生成的 SPWM脈沖的中點(diǎn)與對應(yīng)三角波的中點(diǎn)，即負(fù)峰點(diǎn) A 重合，從而使 SPWM脈沖的計(jì)算大為簡化。 8)指令說明 模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令如下： 指 指令碼 功 能 令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 21 21 清除顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 將 DDRAM 填滿 20H,并且設(shè)定DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器 (AC)到 00H 地址歸位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 設(shè)定 DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器 (AC)到 00H,并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置 。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 光耦隔離電路 設(shè)計(jì)時(shí)選擇 TLP559 光電耦合器，并使光耦與 IPM控制端子間的布線最短，布線阻抗最小。這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻電路的核心部分。 DSP 首先從鍵盤采集需要的頻率和轉(zhuǎn)向信號，接著產(chǎn)生相應(yīng)的三相六路 SPWM信號，過光耦隔離傳給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路再控制逆變橋IPM的導(dǎo)通與關(guān)斷，同時(shí) DSP 采集 IPM有無故障輸出，如有故障，則關(guān)斷 DSP 的 SPWM輸出，關(guān)斷主電路。 (2)異步調(diào)制 異步調(diào)制方式是指在整個(gè)變頻范圍內(nèi)，載波比都是變化的。相位角，通常取載波頻率為 3 的整數(shù)倍。因此希望提高載波頻率來減小諧波。同理，圖 (c)的 UB是由 V3和 V4交替導(dǎo)通得到的，圖 (d)的 UC是由 V5和 V6交基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 11 11 替導(dǎo)通得到的。只要正弦調(diào)制波的最大值低于三角載波的幅值，由圖 (A)的調(diào)制結(jié)果必然形成圖 (B)所示的等幅不等寬而且兩側(cè)窄中間寬的 SPWM 脈寬調(diào)制波形。 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 8 8 第二章交流調(diào)速原理 1 正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)控制理論 我們期望變頻器輸出的電壓波形是純粹的正弦波形，但就目前的技術(shù)，還不能制造功率大、體積小、輸出波形如同正弦波發(fā)生器那樣標(biāo)準(zhǔn)的可變頻變壓的逆變器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于 :直接在定子坐標(biāo)系上分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型、控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換和計(jì)算。因?yàn)檫@種方法采用了坐標(biāo)變換，所以對控制器的運(yùn)算速度、處理能力等性能要求較高。但是由于這種控制方 法是開環(huán)控制，調(diào)速精度不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降、穩(wěn)定性變差。進(jìn)入 90 年代，由于新型電力電子器件的發(fā)展及性能的提高、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及先進(jìn)控制理論和技術(shù)的完善和發(fā)展等原因，極大地提高了變頻調(diào)速的技術(shù)性能，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速裝置在調(diào)速范圍、驅(qū)動能力、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面大大超過了其他常規(guī)交流調(diào)速方式，其性能指標(biāo)亦已超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到取代直流調(diào)速系統(tǒng)的地步。② 調(diào)速范圍較大 ，精度高 。引入 DSPRTOS 后，現(xiàn)有的各種監(jiān)護(hù)儀的功能與性能都將得到大幅度的提高。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟 件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。針對這一情況，設(shè)計(jì)了基于 DSP TMS320LF2407A 及智能功率模塊 PM10CSJ060的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : 異步電動機(jī)；變頻調(diào)速；脈寬調(diào)制 / 數(shù)字信號 處理器；恒壓頻比控制 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 2 引言 在工礦企業(yè)中，電動機(jī)是應(yīng)用面最廣、數(shù)量最多的電氣設(shè)備之一，因而電機(jī)的運(yùn)動和控制與企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和效益密切相關(guān)。如今 DSP 操作系統(tǒng)和 DSP 應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中最熱門的技術(shù)，是高校、科研院所和高新技術(shù)企業(yè)的 DSP 軟件、硬件開發(fā)人員的新的課題。 （ 1）信息家電領(lǐng)域機(jī)頂盒、變頻冰箱、變頻空調(diào)等眾多的消費(fèi)類和家庭醫(yī)療保健類電子設(shè)備將在未來幾年取得快速發(fā)展，信息家電的個(gè)性化、區(qū)域化以及季節(jié)化的趨勢，為特定應(yīng)用的 DSP 操作系統(tǒng)提供了應(yīng)用發(fā)展空間。 （ 5） 其它領(lǐng)域的應(yīng)用，如視頻會議系統(tǒng)、全數(shù)字電機(jī)控制系統(tǒng)（包括直流無刷伺服和交流伺服）、語音壓縮、通信等。最初的交流變頻調(diào)速理 論誕生于 20世紀(jì) 20年代，直到 60年代，由于電力電子器件的發(fā)展，才促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)向?qū)嵱梅较虻陌l(fā)展。按電壓的調(diào)制方式分為脈幅調(diào)制 PAM(Pulse Altitude Modulation)和脈寬調(diào)制 PWM(Pulse Width Modulation)兩大類，前者己幾近絕跡，目前普遍采用的是后者回 . 變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案 目前典型的變頻調(diào)速控制類型主要有四種 :①恒壓頻比 (v均控制，②轉(zhuǎn)差頻率控制，③矢量控制，④直接轉(zhuǎn)矩控制。 本世紀(jì) 70年代西德 (FOC)理論，由此開創(chuàng)了交流電動機(jī)等效直流電動機(jī)控制的先河 1習(xí)。 1985年德國魯爾大學(xué) DePenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論 (DTC)。 具體研究工作包括 :交流電機(jī)變頻調(diào)速原理的研究 。正弦波大于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通；當(dāng)正弦波小于三角載波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件截止。圖 繪出了三相雙極式的正弦脈寬調(diào)制波形。圖 是通過電動機(jī)繞組的 SPWM 電流波形。在變頻過程中，即調(diào)制信號周期變化過程中，載波個(gè)數(shù)不變的調(diào)制稱為同步調(diào)制，載波個(gè)數(shù)相應(yīng)變化的調(diào)制稱為異步調(diào)制。但是這種調(diào)制，在信號頻率較低時(shí)，載波的數(shù)量顯得稀疏，電流波形脈動大，諧波分量劇增，電動機(jī)的諧波損耗及脈動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。具體實(shí)現(xiàn)方法是把逆變器整個(gè)變頻范圍劃分為若干個(gè)頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都維持載波比恒定，對于不同頻段取不同的載波比，頻率較低載波比取大點(diǎn)，一般有經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可取。整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波。采用嚴(yán)密的時(shí)序邏輯監(jiān)控保護(hù)，可防止過電流、短路、過熱及欠電壓等故障發(fā)生。當(dāng)其中任一個(gè)橋臂有故障時(shí)， Fo即輸出低電平，光電耦合器導(dǎo)通，與門的輸入信號即變低，輸出亦變低，這樣連接 DSP 的 PDPINTA 引腳就檢測到一個(gè)下降沿，進(jìn)入到 DSP 的故障中斷中，在程序中封鎖 6 路 SPWM 的輸出信號，使 6 路 SPWM信號無輸出，起到保護(hù)作用。 6)字型產(chǎn)生 RAM(CGRAM) 字型產(chǎn)生 RAM 提供圖象定義 (造字 )功能 , 可以提供四組 16 16 點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定義一樣地通過 DDRAM 顯示在屏幕中。具體參數(shù)如下： 晶體管極性： N溝道 晶體管類型： MOSFET 漏極電流 Id最大值： 49A 電壓 Vds最大： 55V 功耗： 83W 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 23 23 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）法，其基本思想是使輸出的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，因此能有效抑制輸出電壓中的低次諧波分量，使電機(jī)工作在近似正弦的交變電壓下，且轉(zhuǎn)矩脈動小，大大擴(kuò)展了交流電機(jī)的調(diào)速范圍?？紤]到固定的載波比，在正弦調(diào)制頻率的高頻段， fc 可能過高，以至于超過主 電路功率開關(guān)器件的最高頻率，以及 Tc 過短，以至小于定時(shí)器控制所允許的時(shí)間；而在低頻段， fc 過低可能使負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 *MAX_CONV=0x07。 */ 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 26 26 if(!(i%I_DIV)) { adc_res=*RESULT56。 } i++。 /* *CMPR1=pwm_half_per*sin_table[index_pwm%(num_f_d)]。 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 28 28 unsigned int duty。 float fv_ = 0。 /*** Setup shared I/O pins ***/ *MCRA = 0x0fc0。 /* clear timer counter */ *T1PR = pwm_half_per。 /* configure T2CON register */ 基于 DSP 的三相交流電機(jī)變頻調(diào)速控制器的設(shè)計(jì) 31 31 fv_ = ((num_f_d*U_DC*F_V_radio))。 /* enable desired EVA group A interrupts */ *EVAIMRB = 0x0001。 /* enable desired EVB group C interrupts */ } 主程序： include include define PI define LED port40 volatile ioport unsigned int port40。 extern void init_adc(void)。 /* start process*/ for(i=0。 adc_soc()。F256)LED=0xC0。amp。 else LED=0xFF。電機(jī)選用三相鼠籠式異步電動機(jī)，其額定參數(shù)為： PN =180W； UN =220V； IN =；fN =50Hz； nN =1430r/min。 參考文獻(xiàn) 何蘇勤，王忠勇 .TMS320C20xx 系列 DSP 原理及實(shí)用技 術(shù) [M].北京：電子工業(yè)出版社， 20xx. 王宏偉，梁暉 .基于 DSP 控制的小功率異步電機(jī)變頻 調(diào)速系統(tǒng) [J].