【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合從而得到一個(gè)給定的定子參考電壓矢量 Uout。參考電壓矢量 Uout 分別用 Ualfa 和 Ubeta 表示 [5]。圖 表示參考電壓矢量、與之對(duì)應(yīng)的（ α、 β）軸分量 Ualfa 和 Ubeta 和基本空間矢量 U0 和 U60 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在圖 所示的情況中 ， 參考電壓矢量 Uout 位于被基本空間矢量 U0， U60 所包圍的扇區(qū)中，因此 Uout 可以用 U0 和 U60 兩個(gè) 基本空間 矢量來(lái)表示。于是有如下等式成立： ??????????60201o u t021UTTUTTUTTTT （ 32） 在式 (32)中 T1 和 T2 分別是在周期時(shí)間 T 中基本空間矢量 U0、 U60 各 自的作用時(shí)間，T0 是 0 矢量的作用時(shí)間。分解 Uout 到 αβ軸則有： ????????????60c osUTTUTTU60s inUTTU60201a lf a602b e t a （ 33） U60(011)U o u tT1* U0/ TU a l f aα0U 0 （ 0 0 1 ）T2* U6 0/ TβUbeta 圖 Uout 和 Ualfa、 Ubeta 以及 U0、 U60的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 所有的基本空間矢量的幅值都為 2VDC/3，如果它們?nèi)∠鄬?duì)于最大的相電壓VDC/ 3 (最大的線電壓為 VDC，則最大的相電壓為 VDC/ 3 )的標(biāo)幺值，則空間矢量的幅值變成 2/ 3 ,即經(jīng)過(guò)歸一化后的空間矢量的幅值為 32UU 600 ?? 帶入式 （ 33）則有： T1= )UU3(2Tbe taalfa ? （ 34） T2=TUbeta （ 35） 在以上的兩式當(dāng)中 Ualfa 和 Ubeta表示矢量 Uout 相對(duì)于最大的相電壓 VDC/ 3 歸一化南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10后（即取標(biāo)幺值）后的（ α、 β）軸分量， T0=TT1T2 是零矢量的作用時(shí)間。取 TT2 與周期 T 的相對(duì)值有一下等式： t1= )UU3(21TTb e taa lf a1 ?? （ 36） t2=beta2 UTT ? （ 37） 同理，如果 Uout 位于被基本空間矢量 U60、 U120 所包圍的扇區(qū)中， 32UU 1 2060 ?? ，矢量作用時(shí)間的相對(duì)值可以表示為： t1= )UU3(21TTbe taa lf a2 ??? （ 38） t2= )UU3(21TT be taa lf a3 ?? （ 39） 在等式中 T3 是空間矢量 U120 在周期 T 中的作用時(shí)間。如果定義 X、 Y 和 Z 三個(gè)變量并分別給其賦值如下式： X=Ubeta （ 310） Y= )UU3(21be taalfa ? （ 311） Z= )UU3(21be taalfa ?? （ 312） 當(dāng)矢量 Uout 位于被基本空間矢量 U0、 U60 所包圍的扇區(qū)（即扇區(qū) 0），則有 t1=Z，t2=X；當(dāng)矢量 Uout 位于被基本空間矢量 U60， U120 所包圍的扇區(qū)（即扇區(qū) 1），則 t1=Z，t2=Y。同樣的，當(dāng) Uout 位于被其他的空間矢量所包含的扇區(qū)中時(shí)，相應(yīng)的 t1 和 t2也可以用 X、 Y 或 Z 表示，對(duì)應(yīng)的關(guān)系如表 所示。 表 t t2 與 X、 Y 和 Z 的對(duì)應(yīng)關(guān)系表 扇 區(qū) U0、 U60 U60、 U120 U1 U180 U180、 U240 U2 U300 U300、 U360 t1 Z Z X X Y Y t2 X Y Y Z Z X 切換順序 利用 TI 公司的 TMS320F2806 DSP 芯片產(chǎn)生 SVPWM 波比較容易，因?yàn)槊總€(gè) EV模塊中都有對(duì)稱空間矢量 PWM 波產(chǎn)生的內(nèi)置硬件電路。只要基本空間矢量的開(kāi)關(guān)時(shí)間確定，零矢量會(huì)根據(jù)每個(gè)周期始終有一個(gè)橋臂關(guān)斷或?qū)ǖ脑瓌t自動(dòng)添加到PWM 周期中。所以其開(kāi)關(guān)順序 （五段式） 如圖 和圖 所示（在 060 范圍內(nèi)）。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11P W M 1P W M 2P W M 3T2/ 2T1/ 2 T0T1/ 2T2/ 2U0( 1 0 0 )U6 0( 1 1 0 )U( 1 1 1 )U6 0( 1 1 0 )U0( 1 0 0 ) 圖 一個(gè)橋臂始終導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)切換順序 P W M 1P W M 2P W M 3T1/ 2 T2/ 2 T0T2/ 2 T1/ 2U6 0( 1 1 0 )U0( 1 0 0 )U( 0 0 0 )U0( 1 0 0 )U6 0( 1 1 0 ) 圖 一個(gè)橋臂始終關(guān)斷的開(kāi)關(guān)切換順序 SVPWM 的調(diào)速 在圖 中， DSP 將 6 路 PWM 信號(hào)送給逆變器三個(gè)橋臂的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，由此產(chǎn)生八種不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出給直流無(wú)刷電機(jī)。本小節(jié)以第一扇區(qū)為例即 Uout被 U0、 U60 兩個(gè)基本空間矢量所包圍，功率晶體管導(dǎo)通的順序如圖 所示。 SVPWM 的調(diào)速時(shí)通過(guò)加入 PWM PWM2 和 PWM3（分別對(duì)應(yīng)是 a、 b 和 c 三種狀態(tài)）三路信號(hào)，一個(gè) PWM 周期 T 內(nèi) T1表示的是 U0 的作用時(shí)間， T2 表示的是U60 的作用時(shí)間 ， T0 表示零矢量的作用時(shí)間。 T1+T2+T0 是一個(gè)固定的值（ SVPWM的調(diào)制周期），而在 60176。的范圍內(nèi) Uout 的方向是不斷改變的，要想得到圓形磁鏈 Uout的作用長(zhǎng)度是保持不變的，因此 T T T0的作用時(shí)間也是不斷變化的，所以 0 矢量 T0 的作用時(shí)間是不斷變化的可長(zhǎng)可短從而達(dá)到了調(diào)速的目的。 PWM 波的死區(qū)控制 如圖 所示，在功率晶體管 a 導(dǎo)通時(shí)，當(dāng) a 切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷， a’由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，若在 a 管關(guān)斷的瞬間功率晶體管 a’導(dǎo)通，即 a 管和 a’兩根功率晶體管同時(shí)導(dǎo)通，從而發(fā)生電源短路的現(xiàn)象，導(dǎo) 致電源燒毀，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們?cè)?a 管關(guān)斷的時(shí)候，提前將其關(guān)斷，并且同時(shí)在 a’管導(dǎo)通時(shí)將其延遲導(dǎo)南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12通，從而避免兩根管子同時(shí)導(dǎo)通燒毀電源的現(xiàn)象發(fā)生。同理，另外橋臂的 4 個(gè)功率晶體管也相應(yīng)的采取該方法阻止這樣的現(xiàn)象發(fā)生。本設(shè)計(jì)采用的 TMS320F2806 DSP芯片具有 可編程的 PWM 死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖從而很方便的直接通過(guò)軟件實(shí)際對(duì) PWM 波進(jìn)行死區(qū)控制 [6]。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 支持 SVPWM 發(fā)生器的硬件電路 DSP 微處理器 DSP（ digital signal processor） 是一種獨(dú)特的 微處理器 ，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接 收模擬信號(hào) ，轉(zhuǎn)換為 0 或 1 的數(shù)字信號(hào) 。再對(duì)數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行處理 ，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度是 DSP的 兩大特色 [15]。 TMS320F2806 是 TI 公司專門為電機(jī)控制的 DSP 芯片，它除了具有 TMS320 系列 DSP 的基本功能外還具有一下特點(diǎn)： （ 1）采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降為 ，減小了控制器的功耗； 25ns（ 40MIPS 處理能力）的時(shí)鐘周期極大提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力； （ 2）片內(nèi)有高達(dá) 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器；高達(dá) 字的 16 位的數(shù)據(jù) /程序 RAM； 544 字雙端口 RAM（ DARAM）； 2K 字的單口 RAM（ SARAM）。 （ 3）兩個(gè)事件管理器 EVA 和 EVB，每個(gè)模塊 都包含以下資源：兩個(gè) 16 位 用定時(shí)器； 8 個(gè) 16 位的脈寬調(diào)制（ PWM）通道，可以實(shí)現(xiàn)三相反相器控制； PWM 的中心或邊緣校正及當(dāng)外部引腳出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉 PWM 通道；可編程的 PWM 死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖； 3 個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路。 （ 4）可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共有 192K 字空間，分別為 64K 的程序存儲(chǔ)空間、64K 字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 64K 字的 I/O 空間。 （ 5）片內(nèi)集成的看門狗定時(shí)器可以防止由于意外情況而造成程序運(yùn)行的死循環(huán)5 個(gè)外部中斷（ 2 個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、 1 個(gè)復(fù)位和兩個(gè)可屏蔽中斷）。 （ 6） 串行通信接口（ SCI）模塊； 16 位串行外部設(shè)備接口（ SPI）模塊；時(shí)鐘 電路模塊 ；高達(dá) 40 個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入 /輸出引腳；電源管理，具有 3 種低功耗模式，能獨(dú)立地將外圍器件轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。 由以上特點(diǎn)可以看出 TMS320F2806事件管理器模塊集成了電機(jī)控制常用的外圍電路，便利的 SCI、充足的 I/O 通道， 40MIPS 的執(zhí)行速度，非常適用于電機(jī)控制 [8]。 DSP 基本外圍電路設(shè)計(jì) 外圍電路是用來(lái)保證 DSP正常運(yùn)行所必須的電路單元，它主要包括電源電路，時(shí)鐘和鎖相環(huán)濾波電路，復(fù)位電路等 [14]。以下對(duì)它們逐一進(jìn)行介紹。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電源電路 電源電路的選擇是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，設(shè)計(jì)的好壞對(duì)系統(tǒng)影響很大。對(duì) 于 DSP芯片而言，一般有以下 4種電壓需要電源電路提供： （ 1） DSP內(nèi)核電壓。現(xiàn)代 DSP為了省電，通常把內(nèi)核電壓和外圍電路的供電分開(kāi)，內(nèi)核工作于低電壓以減少功耗。 （ 2） DSP外設(shè)電壓。主要給 DSP的片內(nèi)外設(shè)供電。 （ 3） Flash編程電壓。 （ 4） 模擬電路電壓。為了減少電源噪聲和互相干擾，數(shù)字電路和模擬電路一般要 獨(dú)立供電。 對(duì)于芯片的選擇通常要考慮以下 幾個(gè)方面的問(wèn)題： （ 1）輸入和輸出 電壓。也就是外部提供給系統(tǒng)的電壓時(shí)多少？系統(tǒng)需要多大的電壓？ （ 2）輸出電流，也就是輸出功率。這需要考慮每個(gè)元器件的能夠承受的最大電流，看所選的芯片能否提供這么大的功率。 （ 3）成本。成本是硬件開(kāi)發(fā)必須考慮的。 綜合以上條件考慮，本設(shè)計(jì)選用了 TPS7333。輸入電壓 5V，輸出電壓 ，輸出最大電流 500mA，再加上其十分低的壓降（輸出電流為 100mA時(shí)，約為 45mV）和較低的靜態(tài)電流，以及很低廉的價(jià)格，完全能滿足系統(tǒng)的要求。 時(shí)鐘電路 首先要明確的如何選用系統(tǒng)時(shí)鐘電路 ?這可以從系統(tǒng)所需時(shí)鐘 信號(hào)的電氣指標(biāo)來(lái)說(shuō) 明。系統(tǒng)時(shí)鐘的選擇主要考慮因素有： (1)頻率。系統(tǒng)需要多大的頻率，即系統(tǒng)工作于什么頻率下。 (2)信號(hào)電平。是 5V還是 ，是 TTL電平還是 CMOS電平等。 (3)驅(qū)動(dòng)能力。整個(gè)系統(tǒng)有多少芯片需要提供時(shí)鐘。 TMS320F2806具有嵌入到內(nèi)部的鎖相環(huán) (PLL)電路，可以從一個(gè)較低的外部時(shí)鐘通過(guò)鎖相環(huán)倍頻電路從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部倍頻。本系統(tǒng)采用了 一 個(gè) 20MHz的晶體振蕩器(F2806外部時(shí)鐘范圍通常為 4MHz~20MHz)， 完全能滿足系統(tǒng)所需的要求。 復(fù)位電路 所有微控制器的 啟動(dòng)流程都不通用，由于硬件的復(fù)雜性，必須運(yùn)行一段出廠家定義的短小的 “復(fù)位程序 ”來(lái)使硬件處于一種正確的狀態(tài)，然后再開(kāi)始執(zhí)行用戶程序。運(yùn)行這個(gè)復(fù)位程序需要時(shí)間并且要求微控制器的振蕩器已經(jīng)運(yùn)行 。 TMS320F2806的南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15復(fù)位信號(hào)低電