【正文】 編程死區(qū)的CMP/PWM脈沖。每個(gè)簡(jiǎn)單比較單元以定時(shí)器為時(shí)基，可輸出1路CMP/PWM脈沖。通過(guò)設(shè)定定時(shí)器工作在不同方式，可選擇全比較單元輸出非對(duì)稱(chēng)PWM波、對(duì)稱(chēng)PWM波或空間矢量PWM波。全比較單元的6路PWM電壓波形可作為交流感應(yīng)電機(jī)或直流無(wú)刷電機(jī)三相功率放大器的輸入信號(hào)，還可用于控制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和同步磁阻電機(jī)，以及傳統(tǒng)的直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。簡(jiǎn)單比較單元輸出的3路PWM脈沖可用于功率因素校正、諧波抑制等。捕捉單元用于高速I(mǎi)/O的自動(dòng)管埋，它監(jiān)視輸入引腳上信號(hào)的變化，記錄輸入事件發(fā)生時(shí)的計(jì)數(shù)器值，即記錄下事件所發(fā)生的時(shí)刻，并且該部件的工作由內(nèi)部定時(shí)器同步，不需要CPU干預(yù)。正交編碼脈沖(QEP)電路的時(shí)間基準(zhǔn)由定時(shí)器提供。光電編碼器產(chǎn)生的相位差90o的A, B兩路脈沖輸入到QEP單元的CAP1/QEP1，CAP2/QEP2引腳后，QEP單元的方向檢測(cè)邏輯首先判斷兩脈沖前沿到達(dá)的先后，進(jìn)而決定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向， QEP電路對(duì)這兩個(gè)正交脈沖輸入信號(hào)的兩個(gè)邊沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而產(chǎn)生輸入序列的4倍頻作為定時(shí)器的輸入時(shí)鐘。C2xx內(nèi)核有6個(gè)可屏蔽中斷(INTI～I(xiàn)NT6)和一個(gè)非屏蔽中斷NMI。中斷NMI的優(yōu)先級(jí)最高。從INT1到INT6，優(yōu)先級(jí)依次降低。事件管理器中斷分為三組，分別在INT2.,INT3和INT4上向CPU產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。每個(gè)中斷組均有一個(gè)中斷標(biāo)志寄存器和一個(gè)中斷屏蔽寄存器。三個(gè)中斷組包括了全部的事件管理器各部件產(chǎn)生的中斷源，用戶(hù)可根據(jù)需要配置中斷屏蔽寄存器，編制中斷服務(wù)程序以滿(mǎn)足各種復(fù)雜的控制要求。 SPWM波形生成原理與控制算法SPWM技術(shù)日前已經(jīng)在實(shí)際中得到非常普遍的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，大致可分為電壓SPWM、電流SPWM和磁通SPWM （也稱(chēng)電壓空間矢量PWM）。其中電壓和電流SPWM是從電源角度出發(fā)的，而電壓空間矢量PWM是從電動(dòng)機(jī)角度出發(fā)的。本文采用的是對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法。(1)生成SPWM波的數(shù)學(xué)模型對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法是以每個(gè)三角波的對(duì)稱(chēng)軸（底點(diǎn)對(duì)稱(chēng)軸)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為采樣時(shí)刻。過(guò)三角波的對(duì)稱(chēng)軸與正弦波的交點(diǎn)，作平行r軸的平行線，該平行線與三角波的兩個(gè)腰的交點(diǎn)作為SPWM波“開(kāi)”和“關(guān)”的時(shí)刻，如圖431所示。因?yàn)檫@兩個(gè)交點(diǎn)是對(duì)稱(chēng)的，所以稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法。推導(dǎo)其數(shù)學(xué)模型。設(shè)三角載波幅值為1，正弦調(diào)制信號(hào)為其中調(diào)制度。從圖431可以看出，故有: (41)由式（4一1)可得取樣時(shí)刻SPWM脈沖的頻寬: （42）脈沖兩邊的間隙寬度為：（1） （43）(2)生成SPWM脈沖中各參數(shù)的計(jì)算SPWM脈沖的周期由同步調(diào)制原理可知，載波比=常數(shù)，由此可得: （44）調(diào)制度M由（42）式可知SPWM脈沖的脈寬t2，與調(diào)制度M成正比，而脈寬又決定了SPWM脈沖序列的基波電壓的幅值，即M決定了變頻器正弦電壓的幅值。因此在恒之方調(diào)頻調(diào)壓時(shí)有: （45）式中B、C為常數(shù)。各取樣時(shí)刻t的正弦函數(shù)。如圖432所示，同步調(diào)制使正弦調(diào)制波上升段的過(guò)零點(diǎn)與三角載波下降段過(guò)零點(diǎn)重合，并把該時(shí)刻作為零時(shí)刻。山于對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法的采樣時(shí)刻是在每個(gè)三角波的負(fù)峰值處，所以各采樣時(shí)刻（k=0,1,2,……,N1）,這里k=0對(duì)應(yīng)第一個(gè)采樣時(shí)刻，各采樣時(shí)刻的正弦函數(shù)為:（k=0,1,2,……,N1）圖432各取樣時(shí)刻t的正弦函數(shù)對(duì)于正弦函數(shù)，可以預(yù)先計(jì)算出幅值為1的正弦函數(shù)對(duì)應(yīng)于各k點(diǎn)的值，把計(jì)算結(jié)果制成表格，稱(chēng)為基準(zhǔn)正弦函數(shù)表，存于FLASH中，以備查用。對(duì)于三相正弦函數(shù)，用移動(dòng)查表指針的方一法，由同一張基準(zhǔn)正弦函數(shù)表可以確定出U, V, W三相的正弦函數(shù)值。具體地說(shuō)，從基準(zhǔn)正弦函數(shù)表中查取某一k值時(shí)的正弦函數(shù)值，即U相的正弦函數(shù)值。將查表的地址指針向前移動(dòng)2N/3個(gè)單元，杳得的值即為W相的正弦函數(shù)值。同理，將地址指針向后移動(dòng)2N/3個(gè)單元，查得的值即為V相的正弦函數(shù)值。分段同步調(diào)制時(shí)的載波比N同步調(diào)制方式中，載波比為常數(shù)且為3的倍數(shù)?？紤]到固定的載波比在正弦調(diào)制頻率的高頻段，可能過(guò)高，以至于超過(guò)主電路功率開(kāi)關(guān)器件的最高頻率，以及T,過(guò)短，以至小于定時(shí)器控制所允許的時(shí)間。而在低頻段，關(guān)過(guò)低可能使負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。因此采用分段同步調(diào)制，即低頻段采用大載波比，高頻段采用小載波比。這里采用六段同步調(diào)制，取N = 360 (OHz5Hz)N = 180 (6Hz1OHz)N = 90 (11Hz20Hz)N = 60 (21Hz30Hz)N = 45. (31Hz40Hz)N = 30 (41Hz60Hz) DSP生成SPWM波形(1)控制寄存器設(shè)置控制寄存器是指為產(chǎn)生SPWM波而需要設(shè)置的事件管理器(EVA)中的特殊功能寄存器。為了得到期望中的理想波形輸出，不但要求有正確的算法，正確地設(shè)置控制寄存器同樣也是極其關(guān)鍵的?？刂萍拇嫫鞯脑O(shè)置順序?yàn)? ◆設(shè)置定時(shí)周期寄存器T1PR。 ◆設(shè)置動(dòng)作控制寄存器ACTR。 ◆設(shè)置死區(qū)時(shí)間控制寄存器DBTCON。 ◆初始化CMPRx （x=1, 2, 3)。 ◆設(shè)置比較控制寄存器COMCON。 ◆設(shè)置定時(shí)器1控制寄存器T1CON。 ◆在每個(gè)采樣周期重寫(xiě)CMPRx （x=1, 2, 3）。(2)DSP生成SPWM波的基本設(shè)計(jì)思想利用TMS320F2812生成SPWM波的基本設(shè)計(jì)思想是利用DSP的事件管理器(EVA)中的3個(gè)全比較單元、通用定時(shí)器死區(qū)發(fā)生單元以及輸出邏輯來(lái)生成三相六路SPWM波，經(jīng)6個(gè)復(fù)用的IO引腳輸出，EVA內(nèi)部PWM生成電路框圖如圖441所示。TMS320F2812的定時(shí)器有4種工作方式，當(dāng)以如圖442所示的持續(xù)向上/下計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，將產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的PWM波輸出。在這種計(jì)數(shù)方式下，計(jì)數(shù)器的值由初值開(kāi)始向上跳增，當(dāng)?shù)竭_(dá)T1PR值時(shí)，開(kāi)始遞減跳變，直至計(jì)數(shù)器的值為零時(shí)又重新向上跳增，如此循環(huán)往復(fù)。在計(jì)數(shù)器跳變的過(guò)程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器CMPRx （x=1,2,3)的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與任一比較寄存器的值相等，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，如圖442，圖441 PWM生成電路圖在一個(gè)周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉(zhuǎn)。從圖442還可以看圖442 對(duì)稱(chēng)PWM波產(chǎn)生機(jī)理出插入死區(qū)時(shí)間后波形的變化情況，死區(qū)的寬度從0～可調(diào)。系統(tǒng)中考慮到所用功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間(最大關(guān)斷時(shí)間為)，設(shè)定PWM波的死區(qū)時(shí)間為，只要在每個(gè)脈沖周期根據(jù)在線計(jì)算改寫(xiě)比較寄存器CMPR的值，就可實(shí)時(shí)地改變PWM脈沖的占空比。圖443死區(qū)控制寄存器結(jié)構(gòu)圖死區(qū)單元的工作原理是:它根據(jù)全比較單元輸出的PWM信號(hào)作為輸入，根據(jù)其跳變沿來(lái)使能裝載8位減計(jì)數(shù)器，8位減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值由DBTCON寄存器的高八位提供，時(shí)鐘由CPU輸入時(shí)鐘通過(guò)DBTCON的第3, 4位決定的預(yù)定標(biāo)因子分頻后作為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘，在計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到0前，比較器輸出為低電平封鎖與門(mén)。由此可以產(chǎn)生PWM信號(hào)死區(qū)。PWMx (l,3,5)信號(hào)的輸出根據(jù)DTPHx來(lái)決定，ACTR控制高有效時(shí)輸出DTPHx低有效時(shí)輸出DTPHx。PWMx (2,4，6)信號(hào)的輸出根據(jù)DTPHx來(lái)決定，ACTR控制高有效時(shí)輸出DTPHx，低有效時(shí)輸出DTPHx。DSP的死區(qū)根據(jù)ACTR的高低有效性而改變，高有效時(shí)不允許上下管的控制信號(hào)同為高電平，低有效時(shí)不允許同為低電平。因此DSP死區(qū)時(shí)間對(duì)高、低電平開(kāi)通均有效。軟件產(chǎn)生死區(qū)只需將DBTCON的高八位載入一定數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)。死區(qū)控制寄存器結(jié)構(gòu)圖如圖443所示。(3)DSP程序設(shè)定首先，要確定DSP中EVA的周期中斷的周期。設(shè)頻率值為，載波比為N，則中斷周期為:。這里的單位是秒，在程序中要轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)。可以把某一頻率值對(duì)應(yīng)的中斷周期預(yù)先計(jì)算好，制成表格，便于在線查找。本系統(tǒng)運(yùn)行的頻率范圍為060Hz。05Hz載波比N為360。 61OHz載波比為180。1120Hz載波比為90。2130Hz載波比為45。4160Hz載波比為300。第二，預(yù)先計(jì)算好一周期360個(gè)采樣點(diǎn)的單位正弦值，按順序制成表格，在程序中判斷根據(jù)不同的頻率范圍對(duì)應(yīng)的載波比N值，以不同的步進(jìn)值來(lái)取單位正弦值，再進(jìn)行計(jì)算。第三，考慮如何在線計(jì)算和改寫(xiě)比較寄存器CMPR值的問(wèn)題。根據(jù)頻率指令值。查表得相應(yīng)采樣周期對(duì)應(yīng)的機(jī)器周期以及調(diào)幅比M值，并把存入寄存器T1PR，作為中斷定時(shí)周期。CMPR的值的在線計(jì)算和改寫(xiě)都在中斷服務(wù)程序里完成。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，查表得到單位正弦表中下一個(gè)采樣點(diǎn)各相對(duì)應(yīng)的正弦值，可以計(jì)算出各相的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間。由于查表所得的已經(jīng)是經(jīng)過(guò)量化的時(shí)鐘周期數(shù)，所以上述計(jì)算所得的結(jié)果也是開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間所對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)，可以直接寫(xiě)入CMPRx（x=1,2,3分別對(duì)應(yīng)U,V,W三相)比較寄存器。(4)程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖如圖444所示。主程序先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化。系統(tǒng)的初始化工作包括設(shè)置看門(mén)狗電路。禁止中斷（INTM=1)。設(shè)置符號(hào)擴(kuò)展模式（SXM=1)。設(shè)置CPU級(jí)中斷屏蔽寄存器（IMR）。并設(shè)置等待狀態(tài)控制寄存器（WSGR)來(lái)設(shè)定對(duì)片外的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及IO空間的地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作所需的等待時(shí)鐘周期數(shù)。將一周期正弦數(shù)據(jù)從ROM中載入數(shù)據(jù)RAM。設(shè)置事件管理器中的一些控制寄存器，給部分變量賦初值，使之能在中斷服務(wù)了程序中運(yùn)算。并需將六個(gè)復(fù)用的IO引腳設(shè)置為PWM波輸出引腳。在完成所有的初始化下作后，設(shè)置T1CON使定時(shí)器上開(kāi)始工作，并重新打開(kāi)中斷（INTM=0）。圖444 系統(tǒng)主程序流程圖比較中斷1和2中斷服務(wù)子程序如圖445和446所示。圖445 比較中斷1中斷服務(wù)子程序 圖446 比較中斷2中斷服務(wù)子程序比較中斷3和PDPINTA中斷服務(wù)子程序如圖447和448所示圖447 比較中斷3中斷服務(wù)子程序圖 448 PDPINTA中斷服務(wù)子程序第五章 全文總結(jié)本文在學(xué)習(xí)和研究了大量技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，以三相交流異步電動(dòng)機(jī)為被控對(duì)象，以TMS320F2812DSP芯片為處理器，采用智能功率模塊PM10CSJ060，通過(guò)SPWM控制技術(shù)對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓頻比控制，設(shè)計(jì)了基于DSP的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，做了以下工作: (1)分析和總結(jié)了電機(jī)調(diào)速、電力電子技術(shù)和國(guó)內(nèi)外交流調(diào)速的發(fā)展 (2)系統(tǒng)的研究了交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和上作原理以及交流電機(jī)變頻調(diào)速的原理，其中變頻調(diào)速原理包括交流電機(jī)的調(diào)速方式、變頻調(diào)速的控制方式和SPWM控制技術(shù)原理。 (3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于DSP控制的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的整套硬件電路，包括主電路、系統(tǒng)保護(hù)電路和控制電路。主電路部分包括整流、濾波、逆變器(IPM)，IPM驅(qū)動(dòng)電路與吸收電路。系統(tǒng)保護(hù)電路包括過(guò)壓、欠壓保護(hù)、限流啟動(dòng)、IPM故障保護(hù)和泵升控制電路。控制電路包括DSP最小系統(tǒng)電路、頻率輸入電路和光耦隔離電路。本文給出了以上各部分電路的工作原理、參數(shù)計(jì)算以及各部分器件的選取。 （4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制軟件，控制軟件采用控制方式和SPWM控制算法編寫(xiě)了匯編語(yǔ)言程序。本系統(tǒng)是一個(gè)控制方式的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，它存在以下缺點(diǎn):不能恰當(dāng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。無(wú)法準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速極低時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩不足而無(wú)法克服較大的靜摩擦力。因此可以將系統(tǒng)改進(jìn)成閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)及處理，提高其控制精度。本系統(tǒng)主電路的強(qiáng)電部分對(duì)控制電路還有一定程度的干擾，應(yīng)再研究變頻器的干擾抑制技術(shù)，以消除干擾。致 謝 在本論文結(jié)束之際，我要向我的導(dǎo)師黃繼致以衷心的感謝和由衷的敬意。半年來(lái)，不論我在任何地方，老師都給予我在學(xué)習(xí)和生活上的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo)。老帥嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、不斷創(chuàng)新的科研精神和對(duì)工作勤勉踏實(shí)的作風(fēng)都使我終生受益。參考文獻(xiàn)[1]謝莉萍,(IPM)：7677[2]黃摯雄,李志勇,： 1925[3]何志堅(jiān),何禮高,：58[4]： 7377[5]：第1期，5255[6]徐進(jìn),張洪軍，： 205206[7]. 6： 4244[8]董卓敏,王永，. 6： 165169[9]： 3034[10]陳斌，姜建國(guó)，. 2：第23卷第2期，58 62[11]楊水濤，：117119[12]. 2，第32卷第2期P16P18[13]陳曦，陸儉國(guó)，： 69[14]吳忠智,：4143[15]龔斌，賈正春，： 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