【文章內容簡介】 堆棧 重復計數(shù)器 2 個狀態(tài)寄存器 事件管理器 12 稱、不對稱以及帶有死區(qū)時間的空間矢量 PWM波形 DSP芯片中集成的這些功能大大簡化了整個控制系統(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)指針逆序尋址等多種特有的功能，將有利于 TMS320F2812A在電機控制中的作用。 DSP在電機控制中的應用 TMS320F2812A是典型的集成 DSP電機控制器，已廣泛運用于三相交流感應電機、永磁同步電動機、無刷直流電動機等全數(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控制，主要得力于其功能強大的事件管理器，事件管理器具有分為十等優(yōu)先級的四十個中斷，其中的非法地址訪問中斷 (Illegal Address)能夠在程序“跑飛”的情況下復位芯片； PWM封鎖中斷 (PDPINT)能夠在電機控制異常的情況下封鎖 PWM輸出，保證了系統(tǒng)故障性處理的實時性。事件管理器還提供了三個 功能強大的 l6位定時器 GP TIMERx(x=l，2， 3)，三者可以互相獨立，也可級聯(lián)使用，可以多種方式產生 l2路 PWM信號。 DSP控制流程圖如下所示 ： 13 DSP在電機矢量控制中所起的作用 (1)接收由光學編碼器輸入的兩相增量數(shù)字脈沖信號 A、 B； a．將兩相信號進行四倍頻； b．形成位置信號 C．形成速度信號 d．根據(jù)兩相信號邊沿變化的先后次序，判別電機旋轉方向。 (2)根據(jù)光學編碼器輸人的信號 A、 B、 U、 V、 W粗略確定和精確確定轉子磁極軸線相對于 A相繞組軸線的轉角。 (3)速度比較，并給出轉矩參數(shù)數(shù)據(jù)及作校正補償計算。 (4)接受模擬量的實際的三相電流，并將其作數(shù)字化處理，然后作三相／兩相變換。 (5)將電流命令信號與實際電流相比較，然后進行校正補償處理，作三相／ 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 電流采樣 處理格式 速度采樣 處理格式 電流模塊 運算 位置、速度 調節(jié)器 電流 調節(jié)器 SVPWM 模塊運算 定時器下溢中斷 處理模塊 14 兩相變換。最后確定 PWM的脈寬系數(shù)，進而輸出六路信號至功放級。 (6)接受故障信號，執(zhí)行中斷，首先切斷主電源，并同時中斷 PWM輸出，發(fā)出中斷命令，同時進行故障診斷，判別并輸出故障種類信號至顯示電路。 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，設計了一套完整的基于 DSP的 PMSM全數(shù)字交流伺服驅動系統(tǒng)，總體結構如下圖所示。 整個系統(tǒng)由軟件、硬件兩大部分組成。系統(tǒng)軟件主要功能有 :轉速調節(jié)、電流調節(jié)、矢量變換、轉速及轉子位置估算、電壓空間矢量控制、與上位機通訊等。TMS320F2812A是電機專用控制 DSP，它集成了相當多的電機控制外圍電路，這使得系統(tǒng)硬件設計變得非常簡單。硬件部分主要包括 :DSP最小系統(tǒng)、人機接口、整流逆變裝置、電流檢測和電平變換、光電碼盤信 號采集、系統(tǒng)保護等。 圖 31 PMSM矢量控制系統(tǒng)總體結構 15 4 系統(tǒng)硬件設計 在以往，工業(yè)控制中主要是由單片機承擔控制核心的任務。隨著 DSP技術的發(fā)展和控制要求的提高，越來越多的工業(yè)控制產品采用 DSP芯片。目前，美國的TI公司、 Motorola公司、 AD公司都推出了專用于電機控制的 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，使電機驅動及調速控制更為簡單易行。與其它方案相比，以 DSP為核心的伺服系統(tǒng)提供了 更好的電機性能、更低的能耗、更高的可靠性及靜音運行。此類專用芯片具有很強的實時運算能力，并集成了電機控制的外圍設備，使設計者只需外加較少的硬件設備即可實現(xiàn)電機控制系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)性能的同時降低系統(tǒng)費用，大大提高了性價比。 目前，使用最多的電機專用控制 DSP是 TMS320X2812, X是 C或 F，視其是否采用了 FLASH存儲器。 TMS320X2812是美國 TI公司推出的高性能 16位數(shù)字信號處理器。它是專門為電機的數(shù)字化控制設計的，特別適用于電機的高性能控制。 TMS320F2812A的主要技術特性如下 : (1)以 T320C2XLP為內核，配合哈佛結構和四級流水線作業(yè)設計，指令執(zhí)行速度很快。在 20MHz的內部時鐘頻率下，指令周期僅為 50ns (2)存儲器。 544 x 16位片內數(shù)據(jù)編程尋址 RAM. 16K字片內可編程 ROM或閃速存儲器，最大可尋址空間為 224K字。 (3)事件管理器模塊 (EV)。 3個 16位通用定時器，可工作于 6種模式。脈沖寬度調制電路，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。 (4)其它片內外設。雙通道共 32路 A/D轉換模塊，轉換精度為 12位，轉換時間可編程設置，最短為 S? 。 56腳可獨立編程復用 I/0口?；阪i相環(huán) (PLL)的時鐘模塊使外部只要具有 232MHz .晶體振蕩器即可產生所需的 CPU時鐘。 SCI串行通訊模塊可實現(xiàn)與上位機之間的通訊。 SPI外圍設備接口模塊。 (5)靈活簡潔的指令集?？稍趩沃芷趦韧瓿? 16X 16位乘法運算和后續(xù)的加、減操作。 (6)四種低功耗運行模式，采用基于 JTAG掃描的仿真技術。 16 (7)中斷資源豐富， 提供了三種 8級可屏蔽中斷，外部中斷為邊沿中斷。 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖見圖 41 圖 41 PMSM DSP控制系統(tǒng)硬件框圖 電流檢測 DSP提供了兩個 12位 A/D轉換模塊，可實現(xiàn)最多 32路模擬信號采集。兩個 A/D模塊可同時進行轉換，保證了被采集量的同相位。本系統(tǒng)應用 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，因此需要對霍爾元件的檢測量進行 放大和電平遷移。 轉速測量和轉子磁極位置檢測 由于 DSP提供了豐富并且實用的片上外設資源，所以與常見的處理方法相比，本系統(tǒng)的外部硬件電路只需對碼盤的反饋信號進行隔離放大，后續(xù)的計算全部由 DSP實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)硬件設計的復雜程度。用于位置和速度測量的 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，兩路信號相位相差 90度。 C1, C2, C4, C8為從混合碼盤得到的反映電機轉子磁極絕對位置的光電信號，按格雷碼規(guī)律變化，下面簡稱為格雷碼信號。隔離放大環(huán)節(jié)對光PC機 數(shù)據(jù) 觀測 起停控制 保護信號 D/A PWM SCI 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 絕對式碼盤 偏置電路 光電隔離 電流傳感器 逆變器 17 電脈沖信號進行整形放大。 整形后的信號， PCA連接到 DSP的 CAP1, CAP3管腳，PCB連接到 CAP2,CAP4管腳。格雷碼信號 C1,C2,C4,C8分別接到 DSP的 4個通用 IO端口 IOPAO, IOPA1, IOPA2, IOPA3。 Cl同時還連接到外部中斷檢損組管腳 XINT2和XINT3 。 C1變化頻率是 C2的一倍，是 C2, C4的四倍。 C2, C4同頻率，但相位相差90度。 圖 42 伺服系統(tǒng)速度和轉子位置測量外部接線 系統(tǒng)主回路 交流伺服控制的主電路主要是由電力半導體器件組成，在交流伺服控制器的主回路中，電力半導體器件以開關方式工作。電力電子器件發(fā)展經(jīng)歷了三個階段 :晶閘管階段 。門極可關斷晶閘管 (GTO)和大功率晶體管 (GTR)階段 。絕緣門極晶體管 (IGBT)階段。近些年來國外廠家推出智能功率模塊 (IPM)，并為許多用戶接受。 本系統(tǒng)的主回路采用智能功率模塊 (IPM)構成變頻裝 置， IPM的主要特點有 : (1)、它是先進的混合集成功率器件，由高速、低耗 IGBT芯片和優(yōu)化的門極驅動及保護電路構成。 (2)、實現(xiàn)高效的過流和短路保護。 IPM還集成了過熱和欠壓鎖定保護電路， D S