【文章內(nèi)容簡介】 (216)(4) 檢測出的定子電流經(jīng)3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換后得到MT軸上的[isM isT]T，并由此構(gòu)成電流反饋控制。(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。(6) 圖所示系統(tǒng)的電流控制在MT坐標系上進行。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(diào)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(zhuǎn)矩動態(tài)響應。間接型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的給定信號和速度檢測值確定、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(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場定向。此外，轉(zhuǎn)矩控制的效果取決于電流控制的快速性與精度以及控制器中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差角頻率ωs*是否與電機的真值ωs相等。 坐標變換技術(shù)異步電動機的數(shù)學模型之所以復雜，是因為有一個復雜的66電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復雜關(guān)系，要簡化數(shù)學模型，需從簡化磁鏈關(guān)系入手。由圖21可知，電機方程式除了用三相靜止坐標系表示外，還可以用其它坐標來表示，如兩相靜止坐標系，兩相旋轉(zhuǎn)坐標系，根據(jù)本章設計需要，列出2s/2r變換和3s/2r變換的關(guān)系如下： 三相靜止/任意二相旋轉(zhuǎn)坐標系上的變換(3s/2r變換)三相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣和逆變換矩陣如下[13]： (217) (218)式(217)和式(218)中，θ為兩相旋轉(zhuǎn)坐標系d軸和三相靜止坐標系A(chǔ)軸之間的夾角，旋轉(zhuǎn)速度為ω=pθ。 二相靜止/二相旋轉(zhuǎn)變換(2s/2r變換)二相靜止坐標系α、β和二相旋轉(zhuǎn)坐標系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)。其中α軸與β軸是靜止的，α軸與M軸的夾角φ隨時間而變化。二相靜止坐標系到二相旋轉(zhuǎn)坐標系的互換變換矩陣是[8]： (219) (220) 空間電壓矢量調(diào)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(zhuǎn)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]。SVPWM從交流電機角度出發(fā)，從電機中產(chǎn)生的實際磁鏈矢量逼近跟蹤定子磁鏈的給定軌跡——理想磁鏈圓。此方法在電壓利用率、電流諧波和過調(diào)制等方面具有優(yōu)勢，而對零矢量的合理控制可以明顯地降低逆變器的開關(guān)損耗?？臻g電壓矢量分布如圖25所示。其中，稱為零矢量，起平衡開關(guān)狀態(tài)，減小損耗作用。如圖25所示，在兩相靜止坐標系α、β下，Uref在一個載波周期Ts中的作用效果為，Uref所在的扇區(qū)由Uα和Uβ決定，由兩相/三相坐標變換可得： 　　　　　　　　　　　　　　　　　(321)圖25 空間電壓矢量分布圖當Ua0時，令A=1，否則A=0；當Ub0時，令B=1，否則B=0；當Uc0時，令C=1，否則C=0。則扇區(qū)N=A+2B+4C，N與所屬扇區(qū)的對應關(guān)系如表21所示。表21 扇區(qū)表N315462所屬扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ空間矢量作用時間的計算：　　　　　　　　　(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。表22 非零矢量作用時間表扇區(qū)號ⅠⅡⅢⅣⅤⅥT1ZYZXXYT2YXXZYZT1和T2求出后，還要對其進行飽和判斷，若T1+T2Ts，則定義為：　　　　　　　　　　(223)確定電壓空間矢量切換點Tcm1，Tcm2，Tcm3定義為：　　　　　　　(224)則在不同扇區(qū)Tcm1，Tcm2，Tcm3內(nèi)根據(jù)表23進行賦值。表23 切換點賦值表所屬扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTcm1TbTa Ta Tc Tc Tb Tcm2Ta Tc Tb Tb Ta Tc Tcm3Tc Tb Tc Ta Tb Ta 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(diào)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(chǎn)品以及相配套的技術(shù)和開發(fā)環(huán)境在其運用領(lǐng)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。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(chǎn)生PWM信號來控制電機的轉(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，因此被廣泛應用于自動化系統(tǒng)、工業(yè)電機驅(qū)動系統(tǒng)等。TMS320F2812具有如下特點[6]：(1) TMS320F2812主要是應用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)生產(chǎn)的；(2) 采用TMS320C2XX的CPU為內(nèi)核：有32位中央邏輯運算單元(CALU)，內(nèi)含32位累加器ACC，16位16位并行乘法器，8個16位輔助寄存器；(3) 帶有544字節(jié)的16位片上數(shù)據(jù)/程序雙向RAM，同時還帶有16K字節(jié)的FLASH EEPROM；(4) 指令周期為50ns(20MIPS)；(5) 雙向的10位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采樣速率可以達到166KHz，精度達到210即1024；(6) 帶有功能強大的事件管理器：3個通用定時器、3個全比較單元、3個單比較單元、PWM脈寬調(diào)制電路、事件管理器模塊中斷控制電路、4個捕獲單元以及QEP正交編碼脈沖電路；(7) 帶有串行通訊接口模塊(SCI)、串行外設接口模塊(SPI)、數(shù)字I/O端口模塊、CAN控制器模塊，便于與外部設備通訊；(8) 中斷管理系統(tǒng)和系統(tǒng)監(jiān)視模塊，帶有實時中斷看門狗電路；(9) 支持JTAG硬件仿真；(10) 采用哈佛結(jié)構(gòu)，帶有8級硬件堆棧、6個外部中斷和4級流水線操作，每條指令的執(zhí)行過程可分為：取指令、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行指令四個步驟，由于DSP內(nèi)部采用的是多總線結(jié)構(gòu)，這就使得CPU可以同時進行程序指令和存儲數(shù)據(jù)的訪問，從而在內(nèi)部實現(xiàn)了4級邏輯流水線操作，同時由于這四級流水線操作在同一時刻分別使用的是內(nèi)部六條總線，因此并不會發(fā)生任何沖突，于是實現(xiàn)了四級流水線并行處理，大大提高了信息的處理速度；(11) 同時還帶有工業(yè)溫度標準、自動溫度獲取功能。 程序編寫和調(diào)試對2000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。其開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩大類，代碼生成工具的作用是將C或匯編語言編寫的DSP程序編譯并鏈接成為可執(zhí)行程序，代碼調(diào)試工具的作用是對DSP程序及系統(tǒng)進行調(diào)試，使編寫的程序達到設計目標[9]。TI公司提供的CC2000開發(fā)環(huán)境可以進行軟件仿真，在桌面上將會出現(xiàn)兩個快捷方式，先配置“SetupCC’C2000”選擇編譯器的運行環(huán)境(C2xx Simulator)；而“CC’C2000”則是程序調(diào)試的仿真環(huán)境。該軟件同時支持匯編和C語言的開發(fā)，一般的程序調(diào)試主要包括如下幾個方面：源程序(.)是實現(xiàn)DSP要完成的功能，按編碼塊、數(shù)據(jù)塊的格式編寫，主要由以下幾部分組成：(1) 文本段：.text，通常包含可執(zhí)行代碼；(2) 數(shù)據(jù)段：.data，通常包含已初始化的數(shù)據(jù)；(3) 預留段：.bss，通常為未初始化的數(shù)據(jù)保留空間；(4) 另外，.。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(jù)存儲器空間的分配，用MEMORY和SECTIONS偽指令創(chuàng)建。MEMORY偽指令是用來標識實際存在目標系統(tǒng)中且可被使用的存儲器范圍，每個存儲器范圍由具體名稱、起始地址和長度組成。將編寫好的源程序和命令文件放在同一文件夾，然后新建一個Project文件，將源程序(.)和命令文件(.cmd文件)添加進來，同時將應用的頭文件(.h)放在Project目錄下，若有C編寫的程序，還要添加庫文件(.lib)，設定系統(tǒng)的GEL(.gel)文件，從而就可以進行編譯產(chǎn)生目標文件(.obj)和匯編列表文件(.lst)。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(chǎn)生可執(zhí)行輸出文件(.out)和映射文件(.map)。，調(diào)試過程中可以進行單步運行、設置斷點和探針、查看被訪問的寄存器和存儲器等等。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，必須用相對應的頭文件說明。，用于初始化DSP，但它的功能比emuinit的功能有所增強，GEL在CC2000下有一個菜單，可以根據(jù)DSP的對象不同，設置不同的初始化程序。 電源電路設計TMS320LF2812是低功耗芯片，所有引腳除了VCCP在對FLASH進行編程時接5V以外。，[22]。IN端是電壓輸入端，OUT端是電壓輸出端，在25℃，在40℃~125℃之間。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。圖35 電源管理電路 存儲器擴展電路設計(1) RAM擴展電路TMS320LF2812內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間2K，程序空間32K。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。在使用仿真器下載調(diào)試程序的過程中，如果沒有外部程序存儲器，控制程序改動后只能通過燒寫方式進行驗證，這不僅給程序開發(fā)帶來了不便，并對DSP芯片使用壽命產(chǎn)生影響，因此為了調(diào)試的方便需要外擴程序存儲器。本設計選用了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的空間來進行儲存。，是高性能的、CMOS靜態(tài)RAM，存儲速率快[23,24]。因為本設計將該芯片同時作為數(shù)據(jù)或者程序儲存器來使用，所以對其使能端的設置很重要。對CY7C1021VC33(44)的基本操作有兩種：使能的同時進行讀和寫。當輸入信號以及同時為低電平的時候，選通該芯片并進行寫操作。同樣以及同時為低電平的時候，選通該芯片并進行讀操作。在此將使能端接地始終使能，就是始終選通芯片。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。所以要將使能信號和DS(數(shù)據(jù)空間選通)進行一個邏輯選擇，接著就可以對外擴展空間進行程序或者數(shù)據(jù)的操作。而經(jīng)過一個邏輯門以后使能信號才能到達CY7C1021，由于芯片的速度很高，同時輸入進來的地址信號就可能不被正確識別。因此使用了A15來實現(xiàn)這個功能。將A15 地址線和相連接，當需要使用程序空間的時候，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，這樣就實現(xiàn)了分開訪問的功能。RAM擴展電路如圖37所示。(2) EEPROM擴展電路由于電動變槳控制器經(jīng)常需要在現(xiàn)場的時候改變參數(shù)或設置，并在調(diào)試完畢后將參數(shù)保存，這就要用到電可擦寫的EEPROM。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：上電復位控制、看門狗定時器、電源電壓監(jiān)視和塊保護的串行EEPROM存儲器[10]。該存儲器可讀/寫100萬次，數(shù)據(jù)可保持100年。在此只介紹其EEPROM功能。X5043有多種封裝。圖37 RAM擴展電路引腳說明：1腳()為片選，2腳(SO)為串行輸出，3腳()為寫保護(接高電平時不保護)，4腳為地，5腳(SI)為串行數(shù)據(jù)輸入，6腳(SCK)為時鐘，7腳()為復位輸出，8腳接電源。X5043和DSP的接口如圖38所示。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(wǎng)(CANController Area Network)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡，隨著現(xiàn)代風力