畢業(yè)論文-永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制(編輯修改稿)
2025-08-23 08:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 vard結(jié)構(gòu)體系,即相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線，提供了片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 、運(yùn)算單元、一個(gè)32位算術(shù)／邏輯單元 、一個(gè)32位累加器、一個(gè)16位乘法器和一個(gè)16位桶形移位器組成,體系采取串行結(jié)構(gòu)，運(yùn)用流水線技術(shù)加快程序的運(yùn)行 ，可在一個(gè)處理周期內(nèi)完成乘法加法和移位計(jì)算,其內(nèi)核計(jì)算速度為 20MIPs(一個(gè)指令周期為 50 ns)。外設(shè)有 A／D轉(zhuǎn)換大容量存儲(chǔ)器，l6位和32位的定時(shí)器比較單元、捕獲單元、PWM波形發(fā)生器、高速異同步串行口和獨(dú)立可編程復(fù)用I／O等組成，其中通過(guò)三個(gè)通用定時(shí)器和九個(gè)比較器的結(jié)合產(chǎn)生多達(dá)l2路的PWM輸出結(jié)合靈活的波形發(fā)生邏輯和死區(qū)發(fā)生單元能生成對(duì)稱、不對(duì)稱以及帶有死區(qū)時(shí)間的空間矢量 PWM波形DSP芯片中集成的這些功能大大簡(jiǎn)化了整個(gè)控制系統(tǒng)。此外,該DSP還具有快速的中斷處理能力，及硬件尋址控制、數(shù)據(jù)指針逆序?qū)ぶ返榷喾N特有的功能，將有利于TMS320F2812A在電機(jī)控制中的作用。 DSP在電機(jī)控制中的應(yīng)用 TMS320F2812A是典型的集成DSP電機(jī)控制器，已廣泛運(yùn)用于三相交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等全數(shù)矢量控制的系統(tǒng)中，都可獲得較為理想的控制效果。TMS320F2812A芯片特別適合于電機(jī)控制，主要得力于其功能強(qiáng)大的事件管理器，事件管理器具有分為十等優(yōu)先級(jí)的四十個(gè)中斷，其中的非法地址訪問(wèn)中斷(Illegal Address)能夠在程序“跑飛”的情況下復(fù)位芯片；PWM封鎖中斷(PDPINT)能夠在電機(jī)控制異常的情況下封鎖 PWM輸出，保證了系統(tǒng)故障性處理的實(shí)時(shí)性。事件管理器還提供了三個(gè)功能強(qiáng)大的l6位定時(shí)器 GP TIMERx(x=l，2，3)，三者可以互相獨(dú)立，也可級(jí)聯(lián)使用，可以多種方式產(chǎn)生l2路PWM信號(hào)。DSP控制流程圖如下所示 ： 系統(tǒng)初始化模塊等待中斷外部中斷處理模塊 磁極位置檢測(cè)電流采樣處理格式 速度采樣 處理格式 電流模塊 運(yùn)算位置、速度 調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器SVPWM模塊運(yùn)算定時(shí)器下溢中斷處理模塊 DSP在電機(jī)矢量控制中所起的作用(1)接收由光學(xué)編碼器輸入的兩相增量數(shù)字脈沖信號(hào) A、B； a．將兩相信號(hào)進(jìn)行四倍頻； b．形成位置信號(hào) C．形成速度信號(hào) d．根據(jù)兩相信號(hào)邊沿變化的先后次序，判別電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。 (2)根據(jù)光學(xué)編碼器輸人的信號(hào) A、B、U、V、W粗略確定和精確確定轉(zhuǎn)子磁極軸線相對(duì)于A相繞組軸線的轉(zhuǎn)角。 (3)速度比較，并給出轉(zhuǎn)矩參數(shù)數(shù)據(jù)及作校正補(bǔ)償計(jì)算。 (4)接受模擬量的實(shí)際的三相電流，并將其作數(shù)字化處理，然后作三相／兩相變換。 (5)將電流命令信號(hào)與實(shí)際電流相比較，然后進(jìn)行校正補(bǔ)償處理，作三相／兩相變換。最后確定PWM的脈寬系數(shù)，進(jìn)而輸出六路信號(hào)至功放級(jí)。 (6)接受故障信號(hào)，執(zhí)行中斷，首先切斷主電源，并同時(shí)中斷PWM輸出，發(fā)出中斷命令，同時(shí)進(jìn)行故障診斷，判別并輸出故障種類信號(hào)至顯示電路。 基于DSP的交流PMSM伺服系統(tǒng) 以TMS320F2812A為控制核心，以智能控制模塊(IPM)為功率變換裝置，設(shè)計(jì)了一套完整的基于DSP的PMSM全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 整個(gè)系統(tǒng)由軟件、硬件兩大部分組成。系統(tǒng)軟件主要功能有:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)、矢量變換、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置估算、電壓空間矢量控制、與上位機(jī)通訊等。TMS320F2812A是電機(jī)專用控制DSP，它集成了相當(dāng)多的電機(jī)控制外圍電路，這使得系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單。硬件部分主要包括:DSP最小系統(tǒng)、人機(jī)接口、整流逆變裝置、電流檢測(cè)和電平變換、光電碼盤信號(hào)采集、系統(tǒng)保護(hù)等。 圖31 PMSM矢量控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在以往，工業(yè)控制中主要是由單片機(jī)承擔(dān)控制核心的任務(wù)。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展和控制要求的提高，越來(lái)越多的工業(yè)控制產(chǎn)品采用 DSP芯片。目前，美國(guó)的TI公司、Motorola公司、AD公司都推出了專用于電機(jī)控制的DSP。這一高度集成化的器件代表了傳統(tǒng)微處理器及通用DSP處理器方案的重大突破，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)及調(diào)速控制更為簡(jiǎn)單易行。與其它方案相比，以DSP為核心的伺服系統(tǒng)提供了更好的電機(jī)性能、更低的能耗、更高的可靠性及靜音運(yùn)行。此類專用芯片具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，并集成了電機(jī)控制的外圍設(shè)備，使設(shè)計(jì)者只需外加較少的硬件設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)降低系統(tǒng)費(fèi)用，大大提高了性價(jià)比。目前，使用最多的電機(jī)專用控制DSP是TMS320X2812, X是C或F，視其是否采用了FLASH存儲(chǔ)器。TMS320X2812是美國(guó)TI公司推出的高性能16位數(shù)字信號(hào)處理器。它是專門為電機(jī)的數(shù)字化控制設(shè)計(jì)的，特別適用于電機(jī)的高性能控制。 TMS320F2812A的主要技術(shù)特性如下:(1)以T320C2XLP為內(nèi)核，配合哈佛結(jié)構(gòu)和四級(jí)流水線作業(yè)設(shè)計(jì)，指令執(zhí)行速度很快。在20MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率下，指令周期僅為50ns(2)存儲(chǔ)器。544 x 16位片內(nèi)數(shù)據(jù)編程尋址RAM. 16K字片內(nèi)可編程ROM或閃速存儲(chǔ)器，最大可尋址空間為224K字。(3)事件管理器模塊 (EV)。 3個(gè)16位通用定時(shí)器，可工作于6種模式。脈沖寬度調(diào)制電路，它由空間向量PWM電路、死區(qū)發(fā)生器和輸出邏輯電路組成，可提供12路PWM輸出。正交脈沖編碼電路可用于速度和位置檢測(cè)。(4)其它片內(nèi)外設(shè)。雙通道共32路A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換精度為12位，轉(zhuǎn)換時(shí)間可編程設(shè)置，最短為。56腳可獨(dú)立編程復(fù)用I/0口。基于鎖相環(huán)(PLL)。SCI串行通訊模塊可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的通訊。SPI外圍設(shè)備接口模塊。(5)靈活簡(jiǎn)潔的指令集。可在單周期內(nèi)完成 16X 16位乘法運(yùn)算和后續(xù)的加、減操作。(6)四種低功耗運(yùn)行模式，采用基于JTAG掃描的仿真技術(shù)。(7)中斷資源豐富，提供了三種8級(jí)可屏蔽中斷，外部中斷為邊沿中斷。 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖見(jiàn)圖41 PC機(jī)數(shù)據(jù)觀測(cè)起停控制保護(hù)信號(hào)D/A PWMSCI 死區(qū) A/D PD PINT DSP I/O總線 核心 CAP數(shù)據(jù) I/0 XINT QEP 增量式碼盤絕對(duì)式碼盤偏置電路光電隔離電流傳感器逆變器 圖41 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖 電流檢測(cè) DSP提供了兩個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可實(shí)現(xiàn)最多32路模擬信號(hào)采集。兩個(gè)A/D模塊可同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證了被采集量的同相位。本系統(tǒng)應(yīng)用A\D模塊完成兩相定子電流的采集。由于該模塊只允許05V的模擬輸入信號(hào)，因此需要對(duì)霍爾元件的檢測(cè)量進(jìn)行放大和電平遷移。 轉(zhuǎn)速測(cè)量和轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè) 由于 DSP提供了豐富并且實(shí)用的片上外設(shè)資源，所以與常見(jiàn)的處理方法相比，本系統(tǒng)的外部硬件電路只需對(duì)碼盤的反饋信號(hào)進(jìn)行隔離放大，后續(xù)的計(jì)算全部由DSP實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。用于位置和速度測(cè)量的DSP外部接線如圖42,圖中PCA, PCB是從混合碼盤上引出的增量式光電脈沖信號(hào)，兩路信號(hào)相位相差90度。C1, C2, C4, C8為從混合碼盤得到的反映電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極絕對(duì)位置的光電
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