【正文】 在控制板上， ADS8364 的 A0+、 A1+和 B0+、 B1+作為兩相定子電流的輸入引腳。 RS232 的接口電路如圖 310 所示。針對 TI 公司 TMS320LF2407A 內(nèi)嵌的 CAN 模塊的方便性和實用性 [11]，本設(shè)計采用了 CAN 總線進(jìn)行變槳控制器與上位主控制器的實時收發(fā)數(shù)據(jù)，并根據(jù)各自郵箱的標(biāo)識符判別數(shù)據(jù)是接收還是丟棄。 在存儲的時候，需要程序操作或者是數(shù)據(jù)操作兩種方式。同時需要指出的是： (.h)頭文件，一般用于定義程序中的函數(shù)、參數(shù)、變量和一些宏單元，同庫函數(shù)配合使用，因此，在使用庫時，必須用相對應(yīng)的頭文件說明。 如圖 25 所示，在兩相靜止坐標(biāo)系 α、 β 下， Uref 在一個載波周期 Ts 中的作用效果為 sssre f TjUTUTU ?? ?? ， Uref所在的扇區(qū)由 Uα和 Uβ決定，由兩相 /三相坐標(biāo)變換可得： ? ?? ?????????????????????UUUUUUUUcba321321 (321) ? ?0 000 ? ?1117 ? ?1001U? ?1102U? ?0103U? ?0114 ? ?0015U ? ?10 10UⅠⅡⅢⅣⅤⅥ 圖 25 空間電壓矢量分布圖 13 當(dāng) Ua0 時，令 A=1，否則 A=0；當(dāng) Ub0 時 ，令 B=1，否則 B=0；當(dāng) Uc0時，令 C=1，否則 C=0。此外，在條件下，某些控制方案化簡式 (210)和式 (211)，按下式計算 ωs*和 isT*。 注意到在 ΨrM=|Ψr|=Const 條件下， ? ? rMrm LL ??1 可由式 (26)得到以下等式： ? ? ? ?? ?? ? ? ?sTrrmrMrmrrMrmsrrMrm iRLLLL LLLL 21 ?? ?? ?? ????? (28) 如圖 22 所示，由于參數(shù) σLs 的值非常小，可以忽略耦合項 ω1σLs 對各軸的影響，所以 ΨrM=Const 條件下電機可被分為兩個相互基本獨立并具有以下特征的子 系統(tǒng)。 本文的主要內(nèi)容 本課題主要是運用一種新型的電機專用控制芯片 TMS320F2812 DSP 設(shè)計了中小功率變頻調(diào)速 系統(tǒng) 的控制板 ，并 進(jìn)行了抗干擾措施的分析討論 。 盡管矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能有了較大的提高，但 是還有許多領(lǐng)域有待研究，比如：磁通的準(zhǔn)確估計和觀測、無速度傳感器的控制方法、電機參數(shù)的在線辨識、極低轉(zhuǎn)速包括零速下的電機控制、電壓重構(gòu)與死區(qū)補償策略、多電平逆變器的高性能控制策略等更新更優(yōu)的控制理論和控制策略。目前變頻調(diào)速的主要方案有 :同步電機自控式變頻調(diào)速，正弦脈寬調(diào)制 (Sine Pulse Width Modulation)變頻調(diào)速，矢量控制 (Field Oriented Control)變頻調(diào)速，直接轉(zhuǎn)矩控制 (Direct TorqueControl)及無速度傳感器控制等 。在高速增長的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，我國能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。 其次 ， 在分析了變頻調(diào)速 系統(tǒng)控制器的功能需求 基礎(chǔ)上 ， 以 TI 公司的TMS320LF2812 作為 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng) 的核心處理器 ， 進(jìn)行了 控制板的 電源電路、存儲器電路、通訊以及調(diào)理電路的設(shè)計。 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 35 1 1. 緒論 本課題的研究背景和研究意義 隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷提高，環(huán)保和能源問題日趨成為人們爭論的主題。其主要原因有：電力電子技術(shù)的不斷出新、控制策略和電機控制理論的不斷完善、以及全數(shù)字化高性能高速度的微處理器不斷發(fā)展等 [3]。從最初追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從效率最優(yōu)，轉(zhuǎn)矩脈動最小，到消除噪音等， PWM 控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新和不斷完善的過程。 STD 總線、工業(yè) PC 總線、現(xiàn)場總線以及 CAN 總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作用。 如果取 d 軸沿轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?ψr 的方向，稱之為 M(magization)軸，而 q軸為逆時針轉(zhuǎn) 90176。設(shè)電機的 Tr 已知，則可在控制器中設(shè)定 Tr*=Tr，由于電機的定子電流 is 可測，由式可得轉(zhuǎn)差角頻率： ? ? rMsTrmS iTL ?? // ?? (29) T M1? *r?*r?T*sTi sMi M1? r?r?sTi sMi (a) 控制器中的模型示意 (b) 實際電機模型示意 圖 23 電機中的 MT 坐標(biāo)和控制器中的 MT 坐標(biāo) 此外，在系統(tǒng)中一般設(shè)計定制電流閉環(huán)以使得： ss ii?* ， 即 sTsT ii ?* ， sMsM ii ?* (210) 所以一般在工程上有： **** )( rMsTrms iTL ?? ? (211) 式中， ψrM*為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的指令值，其額定值可根據(jù)電機的參數(shù)求得。 二相靜止 /二相旋轉(zhuǎn)變換 (2s/2r變換 ) 二相靜止坐標(biāo)系 α、 β和二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 M、 T 之間的變換稱作二相 /二相旋轉(zhuǎn)變換，簡稱 2s/2r 變換，其中 s 表示靜止， r 表示旋轉(zhuǎn)。 TI 公司提供的 CC20xx 開發(fā)環(huán)境可以進(jìn)行軟件仿真，在 PC 機上正確安裝好CC20xx 的 版本仿真軟件，在桌面上將會出現(xiàn)兩個快捷方式，先配置“SetupCC’ C20xx” 選擇編譯器的運行環(huán)境 (C2xx Simulator)； 而 “ CC’ C20xx”則是程序調(diào)試的仿真環(huán)境。 本設(shè)計選用了 CY7C1021VC33(44)同時作為 DSP 的外擴數(shù)據(jù)、程序儲存器，該芯片是一個 64K16 的靜態(tài) SRAM，在這里將該芯片分為兩個 32K 的空間來進(jìn)行儲存。在此只介紹其 EEPROM 功能。 TMS320LF2812 提供了串行通信接口 SCI 模塊，包括兩個 I/O 引腳，分別是串行接收數(shù)據(jù)輸入引腳 (SCIRXD)和串行數(shù) 據(jù)輸出引腳 (SCITXD)。當(dāng)輸出電壓大于中值參考電壓時， TLC2274 的輸出端為 0~5V 的正電壓，在此采用二極管使電流不能注入到運放中，這樣第二路運放不能輸出負(fù)電壓，而是鉗位在 0V；當(dāng)互感器輸出電壓值小于中值參考電 壓時， TLC2274 的輸出為0~5V 正電壓，同樣可以采用二極管使第一路運放不能輸出負(fù)電壓，鉗位在 0V。 1122334455667788991010111112121313141415151616D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA0D a t e : 20xx/ 4/ 8 S 。 本設(shè)計是將來自 LEM 霍爾電流互感器電壓信號先后施加到 TLC2274 的兩個減法電路上，第一路以互感器輸出電壓減去互感器采樣結(jié)果的中值參考電壓()，再線性放大到 ADS8364 采樣所要求的電壓范圍 (0~5V)。 CAN 總線電路如圖 39 所示。 Xicor 公司的 X5043 是帶有4K 位 SPI 接口的 EEPROM，一個芯片同時具有四個功能：上電復(fù)位控制、看門狗定時器、電源電壓監(jiān)視和塊保護(hù)的串行 EEPROM 存儲器 [10]。但在本系統(tǒng)中，2K 數(shù)據(jù)空間不能滿足大量數(shù)據(jù)處理的需要，因此需要擴展數(shù)據(jù)空間。 程序編寫和調(diào)試 對 20xx 系列 DSP 的開發(fā)環(huán)境而言， TI 公司提供了一系列的軟件和硬件平臺，為用戶建立了較好的開發(fā)環(huán)境，其中，主要包括宏匯編器 /連接器、軟件仿真、 C編譯器、 EVM 評估板和仿真器以及相配套的開發(fā)工具。 坐標(biāo)變換技術(shù) 異步電動機的數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，是因為有一個復(fù)雜的 66 電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系，要簡化數(shù)學(xué)模型，需從簡化磁鏈關(guān)系入手。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)反而會簡單一些。 ?abcdq???is 圖 21 異步電機的坐標(biāo)系 在 dq 坐標(biāo)系下分析轉(zhuǎn)子磁鏈定向時異步電機的模型以及以轉(zhuǎn)子磁鏈定向的作用，選擇 ? ?Tsqsdsdq iii ? ， ? ?Trqrdrdq ??? ? 作為狀態(tài)變量。 DSP 芯片生產(chǎn)商主要有： Motorola公司、 ADI 公司和 TI 公司，本課題采用的是 TI 公司專為電機控制而研發(fā)的TMS320F240 芯片。 在交流電機變頻調(diào)速中應(yīng)用最為廣泛的是 PWM 控制，可以說 PWM 控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，任何控制算法的最終實現(xiàn)幾乎都是以各種 PWM 控制方式來完成的。正如 IT 產(chǎn)業(yè)不僅限于 PC 一樣，變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)包括所有與變頻器技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，如電力電子器件的生產(chǎn)、驅(qū)動保護(hù)集成電路的生產(chǎn)、電氣傳動與系統(tǒng)控制技術(shù)、工業(yè)應(yīng)用等。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計）或與該 論 文 （設(shè) 計） 直 接相 關(guān) 的學(xué) 術(shù) 論文 或 成果 時， 單 位署 名為 。 最后 ， 針對系統(tǒng) 多電源、高頻率、弱電與強電 等特點， 分析了變頻系統(tǒng)的電磁干擾，對軟、硬件 抗干擾 措施進(jìn)行了 討論。為此，國家十五計劃中，在電機系統(tǒng)節(jié)能方面投入的資金高達(dá) 500 億元左右，由此可見，在我國異步電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)將有巨大的市場潛能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶閘管 GTO、電力晶體管 GTR、絕緣門極晶體 管 IGBT、 MOS 晶閘管及 MTC 等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，且控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微處理器控制，從而使變頻裝置的快速性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。 單片機在交流調(diào)速系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。 6 2. 矢量控制原理 概述 轉(zhuǎn)子磁鏈定向條件下的電機模型 異步電動機經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機，所以模仿直流電動機的控制策略，就可以控制這個等效的 “ 直流電動機 ” 從 而獲得較好的轉(zhuǎn)矩特性，也就能夠較好地控制異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩了。該子系統(tǒng)可以保證電機工作在設(shè)計的額定勵磁值附近，這樣電機可輸出最大的電磁轉(zhuǎn)矩。 (5) MT 軸的電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出為 [isM isT]T，經(jīng)旋轉(zhuǎn)反變換之后作為電壓型逆變器的控制信號，在圖中用 2r/SV 表示。 表 21 扇區(qū)表 N 3 1 5 4 6 2 所屬扇區(qū) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 空間矢量作用時間的計算： ? ?? ????????????????sdcsdcsdcTUUUZTUUUYTUUX?????3233233 (222) 則某扇區(qū)內(nèi)一個 PWM 周期內(nèi)兩個非零矢量的作用時間如表 22 所示。 電源電路 設(shè)計 TMS320LF2812 是低功耗芯片，所有引腳除了 VCCP 在對 FLASH 進(jìn)行編程時接 5V 以外，其他供電電源引腳供電電壓均為 。而經(jīng)過一個邏輯門以后使能信號才能到達(dá) CY7C1021，由于芯片的速度很高，同時輸入進(jìn)來的地址信號就可能不被正確識別。 CAN 收發(fā)器選取了 SN65HVD230，該芯片是 TI 公司生產(chǎn)的 總線收發(fā)器，具有差分收發(fā)能力 [12]，最高速率可達(dá) 1Mb/s。 電流采樣調(diào)理電路設(shè)計 電流檢測就是實時檢測三相交流異步電機的定子電流，將定子電流轉(zhuǎn)化成控制板所能識別的數(shù)字信號。 IPM 內(nèi) 具 有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到 數(shù)字控制板的 A/D 進(jìn)行處理。 由于本課題的伺服電機三相繞組采用星形 (Y)接法，因而只需要對兩相電流進(jìn)行采樣，第三相電流可以通過簡單的計算獲得。MAX232 是符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的串行通信驅(qū)動芯片，其低功耗關(guān)斷模式可以將功耗減小到 5μW 以內(nèi)。 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 20xx/ 4/ 2 S he e t of F i l e : G : \原理圖和庫 \ E E P R O M .S C H D O C D r a w n B y :+ C 27+ R9+ C 25CS1SO2WP