【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(shè)計(jì) (1) CAN 通信接口電路 控制器局部網(wǎng) (CANController Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一 19 種有效支持分布式控制或?qū)?時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，隨著現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要監(jiān)測(cè)與控制的節(jié)點(diǎn)增多， CAN 總線以其實(shí)時(shí)性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)凸現(xiàn)了出來。同樣 CE 以及 WE 同時(shí)為低電平的時(shí)候，選通該芯片并進(jìn)行讀操作。使用鏈接器將目標(biāo)文件和命令文件中的信息組合在一起，產(chǎn)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(lì)磁分量給定信號(hào) isM*和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào) ψr*之間的關(guān)系如式 (27)所示。 ΨrM=|Ψr|=Const 條件下電磁轉(zhuǎn)矩 Te 與轉(zhuǎn)矩電流分量 isT 變成了線性 關(guān)系，因此，對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制問題就轉(zhuǎn)化為對(duì)轉(zhuǎn)矩電流分量的控制問題。交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)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(diào)速控制方式。通過坐標(biāo)變換重建異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，可以使得異步電機(jī)等效于直流電機(jī)，從而象控制直流電機(jī)那樣進(jìn)行快速的 4 轉(zhuǎn)矩和磁通控制，即矢量控制，又稱為磁場(chǎng)定向控制。 到 20 世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速具有高效率、高精度和寬范圍等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最具有發(fā)展前途的調(diào)速方式。并且使用中的電機(jī)絕大部分還是中小型異步電機(jī)，加之設(shè)備的陳舊，管理、控制技術(shù)跟不上，所浪費(fèi)的電能甚多 。本文主要介紹了基于 DSP 的交流異步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 。就目前而言，電 能是全世界消耗最多的能源之一，同時(shí)也是浪費(fèi)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(jī)的控制 [12]。交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在 20 世紀(jì) 20 年代就已被人們所認(rèn)識(shí)，但受到元器件的限制，當(dāng)時(shí)只能用閘流管構(gòu)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(diào)速系統(tǒng)有： U/F 恒定、速度開環(huán)控制的通用變頻調(diào)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(jī)平滑調(diào)速的問題，然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能提出更高要求時(shí)，上述控制系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略遜一籌。控制系統(tǒng)的軟件化對(duì) CPU 芯片提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)高性能的交流調(diào)速，要進(jìn)行矢量的坐標(biāo)變換，磁通矢量的在線計(jì)算和自適應(yīng)參數(shù)變化而修正磁通模型，以及內(nèi)部 5 的加速度、速度、位置的重疊，外環(huán)控制的在線實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等，都需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時(shí)處理大量信息。 由于是是轉(zhuǎn)子磁鏈 ψr 的方向作為 M 軸的方向，此時(shí)應(yīng)有： rrM ??? ??rd (22) 0rq ?? rT?? (23) 將上式帶入轉(zhuǎn)矩方程式和式，并用 {M， T}替代 {d， q}，可得此時(shí)電磁轉(zhuǎn)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(jù)式 (29)可以通過控制器內(nèi)的間接運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子磁鏈的位置 [7]。二相靜止坐標(biāo)系到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(diào)制 (SVPWM) 交流電動(dòng)機(jī)中把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的分配，用 MEMORY和 SECTIONS 偽指令創(chuàng)建。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)將該芯片同時(shí)作為數(shù)據(jù)或者程序儲(chǔ)存器來使用，所以對(duì)其使能端的設(shè)置很重要。 TMS320LF2407A 采用 供電，因此本設(shè)計(jì)選擇 供電的型號(hào)。通過對(duì)一個(gè) 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(hào)。此外，在不考慮逆變器死區(qū)效應(yīng)的情況下，交流側(cè)電壓可由直流電壓和開關(guān)狀態(tài)信息共同得到。該芯片是 TI 公司用先進(jìn)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(yùn)算放大器，它比目前常用的 CMOS 運(yùn)放有更好的噪聲、功耗和輸入失調(diào)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(shí)的通信速率達(dá)到最高，沒有內(nèi)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(guān)，本設(shè)計(jì)中將 RS 接地。 RAM 擴(kuò)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(dá) 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(diǎn) DSP，它將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，它可產(chǎn)生 PWM 信號(hào)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，可支持指令的產(chǎn)生、控制算法的處理、數(shù)據(jù)的交流和系統(tǒng)控制等功能，因此被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。 間接型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)和速度檢測(cè)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(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場(chǎng)定向。在 MT 坐標(biāo)系下電機(jī)電壓方程仍有 4 個(gè)獨(dú)立狀態(tài)變量，即定子電流 {isT， isM}轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆?ψrM 和位置 θr。 異 步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的控制方式比較復(fù)雜，首先建立一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行分析。但是由于交流電機(jī)控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益復(fù)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(hào)處理器 DSP(Digital Signal Processing)[7][8][9]。為此，交流異步電機(jī)以其獨(dú)有的結(jié)構(gòu)簡單、耐用、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、制造成本低、維護(hù)少且方便、能夠運(yùn)用于惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最佳的是變頻調(diào)速系統(tǒng)，因此，對(duì)變頻調(diào)速的研究是當(dāng)前電氣傳動(dòng)研究中最為活躍、最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文 中作了明確的說明并表示了謝意。經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，近代交流傳動(dòng)逐漸成為電氣 傳動(dòng)的主流。由于直流電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還存在著換向器或電刷等器件，使得直流電機(jī)的容量受到一定的限 制，維護(hù)也不方便。其高檔型： 8196KB、 8196KC、 8196MC 等在通用開環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用較多。由于是以轉(zhuǎn)子磁鏈的方向作為 M 軸的方向，學(xué)術(shù)界也將這種控制策略稱為轉(zhuǎn)子磁鏈定向 [4]。 圖 22 中的項(xiàng) (Lm/Lr)ψrMωr 正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，該項(xiàng)相當(dāng)于他勵(lì)直流電機(jī)的反電勢(shì)。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)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(diào)節(jié)器就可以獲得 較好的電流響應(yīng)，也就是獲得較優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 表 23 切換點(diǎn)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(shè)計(jì) TMS320F2812簡介 TMS320F2812 DSP簡介 在選用 DSP 作為交流異步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的微處理器，主要是因?yàn)榈轮輧x器公司 (TI)的 DSP 產(chǎn)品以及相配套 的技術(shù)和開發(fā)環(huán)境在其運(yùn)用領(lǐng)域具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，在 TMS320 系列的控制芯片中，有專門為逆變器和控制器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、汽車系統(tǒng)等控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)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(shí)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(dāng)需要使用程序空間的時(shí)候， DS輸出高電平，程序?qū)⒃L問高地址空間，相反，將訪問低地址的數(shù)據(jù)空間，這樣就實(shí)現(xiàn)了分開訪問的功能。將收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端 D 與 DSP 的 CANTX 相連，用于本 CAN 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到 CAN 網(wǎng)絡(luò)中；將收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端 R 與 DSP 的 CANRX 與相連，用于本節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。 在此，電流采樣調(diào)理電路選取了運(yùn)算放大器 TLC2274，采用了雙減法進(jìn)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(cè)的直流母線電壓也是信號(hào)采集板必須進(jìn)行采集的一個(gè)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(gè) 5V 穩(wěn)壓二極管，對(duì)運(yùn)放輸出電壓進(jìn)行限幅。對(duì)于 40MHz 的時(shí)鐘輸出，波特率最高可達(dá)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