【正文】 3V S S4V C C8R E S E T7S C K6SI5X 5043U9S P I S T ES P I S O M IS P I C L KS P I S I M O 圖 38 串行 EEPROM 通訊接口電路設計 (1) CAN 通信接口電路 控制器局部網 (CANController Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一 19 種有效支持分布式控制或實 時控制的串行通信網絡，隨著現(xiàn)代風力發(fā)電機組需要監(jiān)測與控制的節(jié)點增多， CAN 總線以其實時性好、可靠性高、抗干擾能力強的特點凸現(xiàn)了出來。同樣 CE 以及 WE 同時為低電平的時候，選通該芯片并進行讀操作。使用鏈接器將目標文件和命令文件中的信息組合在一起，產生可執(zhí)行輸出文件(.out)和映射文件 (.map)?？臻g電壓矢量分布如圖 25 所示。 (3) 定子電流勵磁分量給定信號 isM*和轉子磁鏈給定信號 ψr*之間的關系如式 (27)所示。 ΨrM=|Ψr|=Const 條件下電磁轉矩 Te 與轉矩電流分量 isT 變成了線性 關系，因此，對轉矩的控制問題就轉化為對轉矩電流分量的控制問題。交流變頻調速控制系統(tǒng)廣泛應用于機械、冶金、礦山、化工、石油、紡織、造紙、印染、水泥、船舶、鐵路等行業(yè)，是最有發(fā)展前途的一種調速控制方式。通過坐標變換重建異步電機的數(shù)學模型，可以使得異步電機等效于直流電機，從而象控制直流電機那樣進行快速的 4 轉矩和磁通控制，即矢量控制，又稱為磁場定向控制。 到 20 世紀 70 年代出現(xiàn)了變頻調速技術，變頻調速具有高效率、高精度和寬范圍等特點，是目前運用最廣泛且最具有發(fā)展前途的調速方式。并且使用中的電機絕大部分還是中小型異步電機，加之設備的陳舊，管理、控制技術跟不上，所浪費的電能甚多 。本文主要介紹了基于 DSP 的交流異步電機變頻調速控制系統(tǒng)的 設計 。就目前而言，電 能是全世界消耗最多的能源之一，同時也是浪費最多的能源之一，為解決能源問題必須先從電能著手，其中起代表性的就是電機的控制 [12]。交流變頻調速的優(yōu)越性早在 20 世紀 20 年代就已被人們所認識，但受到元器件的限制，當時只能用閘流管構成逆變器，由于投資大，效率低，體積大而未能推廣。 其中，高性能交流調速系統(tǒng)有： U/F 恒定、速度開環(huán)控制的通用變頻調速系統(tǒng)和滑差頻率速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，這 些雖然基本上解決了異步電機平滑調速的問題，然而，當生產機械對調速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能提出更高要求時，上述控制系統(tǒng)還是比直流調速系統(tǒng)略遜一籌。控制系統(tǒng)的軟件化對 CPU 芯片提出了更高的要求，為了實現(xiàn)高性能的交流調速，要進行矢量的坐標變換，磁通矢量的在線計算和自適應參數(shù)變化而修正磁通模型，以及內部 5 的加速度、速度、位置的重疊，外環(huán)控制的在線實時調節(jié)等，都需要存儲多種數(shù)據和快速實時處理大量信息。 由于是是轉子磁鏈 ψr 的方向作為 M 軸的方向，此時應有： rrM ??? ??rd (22) 0rq ?? rT?? (23) 將上式帶入轉矩方程式和式，并用 {M， T}替代 {d， q}，可得此時電磁轉矩和電 方程分別為： ? ?? ?? ?? ? rMrsTrmprMsTrmprTsMrMsTrmpipTiLLniLLniiLLnT11e2???????? (24) ? ????????????????????????????????????????????0000100000111rMsTsMsrmrrmrmsssrmssssTsMiiTLpTTLLLpLRLpLLLpLRuu????????? (25) 式 (25)中，由于 ψr=0，矩陣的第 3 列可改寫為零。 所以在 Tr*=Tr 和 is*=is的條件下，依據式 (29)可以通過控制器內的間接運算得到轉子磁鏈的位置 [7]。二相靜止坐標系到二相旋轉坐標系的互換變換矩陣是 [8]： 12 2 s / 2 r c o s s i ns i n c o sC ????? ????? (219) 12 r / 2 s 2 s / 2 rc o s s i ns i n c o sCC ??? ????? ???? (220) 空間電壓矢量調制 (SVPWM) 交流電動機中把逆變器和交流電動機視為一體，按照跟蹤圓形 旋轉磁場來控制逆變器的工作，這種控制方法稱做磁鏈跟蹤控制，磁鏈 軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量 PWM 控制 ” 即 SVPWM 控制 [9]。命令文件 (.cmd文件 )是實現(xiàn)對存儲器的程序存儲器空間和數(shù)據存儲器空間的分配，用 MEMORY和 SECTIONS 偽指令創(chuàng)建。因為本設計將該芯片同時作為數(shù)據或者程序儲存器來使用，所以對其使能端的設置很重要。 TMS320LF2407A 采用 供電，因此本設計選擇 供電的型號。通過對一個 16 位波特率選擇寄存器的編程，可得到64 K 種不同的波特率。兩路輸出中只有一路輸出值有效，但可以通過 DSP編程區(qū)分出有用信號。此外，在不考慮逆變器死區(qū)效應的情況下，交流側電壓可由直流電壓和開關狀態(tài)信息共同得到。該芯片是 TI 公司用先進的 LinCMOS 工藝制造、具有 RailtoRail 輸出能力、滿電源輸出幅度的高性能四運算放大器，它比目前常用的 CMOS 運放有更好的噪聲、功耗和輸入失調電壓性能。 RS 引腳為該收發(fā)器的方式選擇引腳，只需將 RS 接邏輯低電平就可以使其工作在高速模式，此時的通信速率達到最高，沒有內部 輸出上升斜率和下降斜率的限制，但最大速率的限制與電纜的長度有關，本設計中將 RS 接地。 RAM 擴展電路如圖 37 所示。 TPS7333 具有極低的靜態(tài)電流，典型值為 285mA，輸出電流可達 500mA，具有 Power Good(電源好 )指 示功能，電源電路如圖 35 所示。本課題采用的是 TMS320F2812 的 32bit 定點 DSP，它將實時處理能力和控制器外設功能集于一身，它可產生 PWM 信號來控制電機的轉速、轉向，可支持指令的產生、控制算法的處理、數(shù)據的交流和系統(tǒng)控制等功能，因此被廣泛應用于自動化系統(tǒng)、工業(yè)電機驅動系統(tǒng)等。 間接型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉矩的給定信號和速度檢測值確 11 定、靠無靜差的電流環(huán)保證，并沒有采用磁鏈模型實際計算轉子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場定向。在 MT 坐標系下電機電壓方程仍有 4 個獨立狀態(tài)變量，即定子電流 {isT， isM}轉子磁鏈矢量的幅值 ψrM 和位置 θr。 異 步電機矢量控制調速系統(tǒng)的控制方式比較復雜，首先建立一個適當?shù)臄?shù)學模型對其進行分析。但是由于交流電機控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益復雜，這就需要高性能、高速度的新一代微處理器，于是出現(xiàn)了數(shù)字信號處理器 DSP(Digital Signal Processing)[7][8][9]。為此，交流異步電機以其獨有的結構簡單、耐用、運行穩(wěn)定可靠、轉動慣量小、制造成本低、維護少且方便、能夠運用于惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點，被廣泛運用到工農業(yè)生產中。在交流電機調速系統(tǒng)中，效率最高、性能最佳的是變頻調速系統(tǒng)，因此，對變頻調速的研究是當前電氣傳動研究中最為活躍、最有實際應用價值的工作。 論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書 本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文 中作了明確的說明并表示了謝意。經過了二十多年的發(fā)展，近代交流傳動逐漸成為電氣 傳動的主流。由于直流電機本身的結構復雜，還存在著換向器或電刷等器件，使得直流電機的容量受到一定的限 制，維護也不方便。其高檔型： 8196KB、 8196KC、 8196MC 等在通用開環(huán)交流調速系統(tǒng)中的應用較多。由于是以轉子磁鏈的方向作為 M 軸的方向，學術界也將這種控制策略稱為轉子磁鏈定向 [4]。 圖 22 中的項 (Lm/Lr)ψrMωr 正比于轉子轉速，該項相當于他勵直流電機的反電勢。由于穩(wěn)態(tài)時為直流形態(tài)，并且由圖 24 可知電流環(huán)的傳函簡單，因此使用 PI 調節(jié)器就可以獲得 較好的電流響應，也就是獲得較優(yōu)良的轉矩動態(tài)響應。 表 23 切換點賦值表 所屬扇區(qū) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Tcm1 Tb Ta Ta Tc Tc Tb Tcm2 Ta Tc Tb Tb Ta Tc Tcm3 Tc Tb Tc Ta Tb Ta 14 3. 變頻系統(tǒng)控制板的硬件設計 TMS320F2812簡介 TMS320F2812 DSP簡介 在選用 DSP 作為交流異步電機變頻調速控制系統(tǒng)的微處理器，主要是因為德州儀器公司 (TI)的 DSP 產品以及相配套 的技術和開發(fā)環(huán)境在其運用領域具有較強的競爭力，在 TMS320 系列的控制芯片中，有專門為逆變器和控制器、電動機、機器人、數(shù)控機床、汽車系統(tǒng)等控制系統(tǒng)而設計的 TMS320C/F24x 系列。 IN 端是電壓輸入端，輸入電壓可以是 之間， OUT 端是電壓輸出端，在 25℃ 時的典型值是 ，在 40℃ ~125℃ 之間，輸出電壓最小為，最大為 。將 A15 地址線和 DS 相連接，當需要使用程序空間的時候， DS輸出高電平，程序將訪問高地址空間，相反，將訪問低地址的數(shù)據空間，這樣就實現(xiàn)了分開訪問的功能。將收發(fā)器的數(shù)據輸入端 D 與 DSP 的 CANTX 相連，用于本 CAN 節(jié)點發(fā)送的數(shù)據傳送到 CAN 網絡中；將收發(fā)器的數(shù)據輸出端 R 與 DSP 的 CANRX 與相連，用于本節(jié)點接收數(shù)據。 在此，電流采樣調理電路選取了運算放大器 TLC2274，采用了雙減法進行電流采樣。所以為了保證系 統(tǒng)的安全可靠，逆變器直流側的直流母線電壓也是信號采集板必須進行采集的一個輸入量。此外， ADS8364的采樣電壓通道允許電壓輸入范圍是 5V~+5V，因此需要加入兩個 5V 穩(wěn)壓二極管，對運放輸出電壓進行限幅。對于 40MHz 的時鐘輸出，波特率最高可達到 2500Kb/s的速度。 18 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/ 9 S he e t of F i l e : G : \原理圖和庫 \ ..\ 大論文總體原理圖 C H D O CD r a w n B y :A05A14A23A32A41A544A643A742A827A926A 1025A 1124A 1221A 1320A 1419A 1518CE6OE41WE17B H E40B L E39NC28NC22NC23V S S12V S S34V C C11V C C33I / O 1638I / O 1537I / O 1436I / O 1335I / O 1232I / O 1131I / O 1030I / O 929I / O 816I / O 715I / O 614I / O 513I / O 410I / O 39I / O 28I / O 17C Y 7C 1021V C 33( 44)U5+ A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A 10A 11A 12A 13A 14DSD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D 11D 12D 13D 14D 15D 10C9C 12CSRDWE 圖