【正文】 4≤X≤Q130≤X≤Q128≤X≤Q120≤X≤Q1116≤X≤Q110≤X≤Q1032≤X≤Q100≤X≤Q964≤X≤Q90≤X≤Q8128≤X≤Q80≤X≤Q7256≤X≤Q70≤X≤Q6512≤X≤Q60≤X≤Q51024≤X≤Q50≤X≤Q42048≤X≤Q40≤X≤Q34096≤X≤Q30≤X≤Q28192≤X≤Q20≤X≤Q116384≤X≤Q10≤X≤Q032768≤X≤32767Q00≤X≤65535 程序中的一些16位變量不會(huì)為負(fù)，常用C語(yǔ)言的unsigned類(lèi)型定義成無(wú)符號(hào)數(shù)。理論上說(shuō)，可以用Q16來(lái)表示更高精度的小數(shù)，但通常為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，統(tǒng)一用Q15格式既可表示有符號(hào)數(shù)又可表示無(wú)符號(hào)數(shù)，且多數(shù)情況下Q15格式的小數(shù)精度已滿(mǎn)足要求；此外當(dāng)變量變成有符號(hào)數(shù)時(shí)留有拓展余地。 TMS320F2812芯片內(nèi)提供了兩個(gè)專(zhuān)用于電動(dòng)機(jī)控制的事件管理器EVA與EVB，兩個(gè)事件管理器的功能完全相同。事件管理器內(nèi)包含2個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位脈寬調(diào)制（PWM）輸出通道，能夠產(chǎn)生可調(diào)死區(qū)的PWM波。通過(guò)DSP的事件管理器產(chǎn)生PWM波有兩種方法：方法一：利用定時(shí)器比較寄存器產(chǎn)生PWM波。每個(gè)事件管理器中有兩個(gè)定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器都有一個(gè)比較寄存器TxCMPR和一個(gè)PWM輸出引腳TxPWM。利用定時(shí)器、定時(shí)器周期寄存器和比較寄存器，可以在TxPWM引腳上得到PWM波。方法二：利用比較單元和死區(qū)單元產(chǎn)生PWM波。TMS320F2812 DSP的每個(gè)事件管理器都由三個(gè)比較單元、一個(gè)死區(qū)單元和一個(gè)控制單元組成?？刂茊卧粋€(gè)比較寄存器COMCONx、一個(gè)比較方式寄存器ACTRx；比較單元包含一個(gè)比較寄存器CMPRx；死區(qū)單元包含一個(gè)死區(qū)控制寄存器DBTCONx。通過(guò)它們的組合可以產(chǎn)生6個(gè)帶死區(qū)的PWM輸出信號(hào)。死區(qū)是用來(lái)防止同一個(gè)橋臂的上、下開(kāi)關(guān)管直通。在橋式驅(qū)動(dòng)電路中，同一橋臂的上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管工作在互為反相狀態(tài)，因此，在兩個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)交替時(shí)刻，插入一段全部關(guān)的時(shí)間，即死區(qū)，以確保一個(gè)開(kāi)關(guān)管徹底關(guān)閉后，另一個(gè)開(kāi)關(guān)管再打開(kāi)。死區(qū)時(shí)間由死區(qū)控制寄存器DBTCONx中的DBT值和分頻數(shù)決定。如果DBT值為m，分頻數(shù)為p，則死區(qū)時(shí)間為m*p個(gè)CPU時(shí)鐘周期，死區(qū)時(shí)間的范圍為0～480個(gè)CPU時(shí)鐘周期。利用比較單元產(chǎn)生PWM波與利用定時(shí)器比較寄存器產(chǎn)生PWM波的方法基本相同。以事件管理器EVA中的定時(shí)器比較單元1生成對(duì)稱(chēng)PWM波為例。首先將PWM波的周期值設(shè)置在定時(shí)器1的周期寄存器（T1PR）內(nèi)，將比較值設(shè)置在比較單元的比較寄存器（CMPR1）內(nèi)，通過(guò)定時(shí)器1控制寄存器（T1CON）將定時(shí)器計(jì)數(shù)工作方式設(shè)置為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)方式，通過(guò)比較控制寄存器A（COMCONA）設(shè)置比較是否允許、比較值的重載方式等，通過(guò)死區(qū)控制寄存器（DBTCONA）進(jìn)行死區(qū)功能的允許、死區(qū)時(shí)間的設(shè)定。進(jìn)行比較操作時(shí)，計(jì)數(shù)器總是與比較單元的比較寄存器的比較值進(jìn)行比較，當(dāng)兩者數(shù)值相等時(shí)，延時(shí)一個(gè)CPU時(shí)鐘周期后，PWM1或PWM2引腳輸出信號(hào)發(fā)生跳變，跳變信號(hào)的極性是高電平有效還是低電平有效，通過(guò)比較方式寄存器（ACTRA）控制字的設(shè)置實(shí)現(xiàn)。本方案利用比較單元產(chǎn)生PWM波，通過(guò)程序先根據(jù)所要求的輸出頻率f計(jì)算出調(diào)制比M，根據(jù)正弦表查出相應(yīng)的正弦值，將計(jì)算出的三相脈寬比較值送入3個(gè)比較單元各自的比較寄存器CMPRCMPRCMPR3。當(dāng)定時(shí)器的技術(shù)值T1CNT與CMPRx相同時(shí)，DSP內(nèi)部的PWM發(fā)生器將根據(jù)死區(qū)控制寄存器DBTCONA設(shè)定的死區(qū)時(shí)間以及比較方式控制器ACTRA所確定的輸出邏輯，輸出PWM波形。 基于DSP生成SPWM波的原理框圖 正弦表的建立 由于TMS320F2812在線(xiàn)進(jìn)行正弦函數(shù)計(jì)算速度慢，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制要求。因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先建立正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表，將正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)在DSP是ROM連續(xù)單元中，數(shù)據(jù)表占用512個(gè)字存儲(chǔ)空間。正弦函數(shù)表建立方法如下：由開(kāi)始，每隔建立一個(gè)數(shù)據(jù)?？紤]到所采用DSP的特點(diǎn)，在此采用Q15格式進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)一化。因此，每個(gè)數(shù)據(jù)具有15位二進(jìn)制值，依次在DSP的ROM連續(xù)單元塊中存入正弦函數(shù)數(shù)據(jù)。例如：表中第二個(gè)數(shù)是。由于三相ABC之間互差，所以從A相地址可以推算出B相地址和C相地址。如果地址超過(guò)511，則再?gòu)谋眍^開(kāi)始算起。 查正弦表指針index計(jì)算方法 首先將給定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成頻率給定形式，然后轉(zhuǎn)換為角頻率形式，再轉(zhuǎn)換為角度增量形式，最后得到查表所需的參考電壓相位角。軟件實(shí)現(xiàn)以上功能采用Q格式編程方法，使程序中不出現(xiàn)小數(shù)且保持較高的精度。 Mf計(jì)算公式（Vf曲線(xiàn)）實(shí)現(xiàn)，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間電壓與頻率之間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系 （41）因此可以確定調(diào)制比M和輸出頻率f（正弦控制波的頻率）之間的關(guān)系為 （42）其中，為三角載波幅值。Vf曲線(xiàn)很大程度上影響電動(dòng)機(jī)的性能，如果V—f曲線(xiàn)設(shè)定偏高，電動(dòng)機(jī)的磁路容易飽和，勵(lì)磁電流增大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱；如果V—f曲線(xiàn)設(shè)定偏低，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的鐵芯，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力變差。通常根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況，選擇合適的V—f曲線(xiàn)，保持磁通不變。由于在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)Vf曲線(xiàn)是線(xiàn)性的，且三角載波的幅值是不變的。因此，調(diào)制系數(shù)M可采用參考電壓U近似表示。參考電壓調(diào)制比（M）計(jì)算公式為 （43） Vf 曲線(xiàn) 規(guī)則采樣SPWM開(kāi)關(guān)點(diǎn)計(jì)算 （44）式中，為三角載波信號(hào)周期；為采樣時(shí)刻。根據(jù)式（44），代入正弦查表值與根據(jù)Vf曲線(xiàn)計(jì)算的參考電壓調(diào)制比（M），計(jì)算每個(gè)PWM周期的脈寬比較值，存入DSP事件管理器EVA比較單元的比較寄存器。 （45） SPWM同步調(diào)制與異步調(diào)制在程序設(shè)計(jì)中，SPWM同步調(diào)制與異步調(diào)制通過(guò)設(shè)置標(biāo)志寄存器Synflag加以區(qū)分。Synflag=0為同步調(diào)制方式；Synflag=1為異步調(diào)制方式。在同步調(diào)制方式中，參考正弦波與三角載波的頻率同步變化，因此，在調(diào)頻時(shí)載波比恒定。改變基波頻率f或者載波比N時(shí)，PWM波的開(kāi)關(guān)頻率相應(yīng)變化，PWM的開(kāi)關(guān)周期即為定時(shí)器1的中斷時(shí)間。在DSP中通過(guò)對(duì)定時(shí)器1的時(shí)鐘頻率進(jìn)行分頻，計(jì)算、設(shè)置周期寄存器值予以實(shí)現(xiàn)。在異步調(diào)制方式中，保持三角載波的頻率不變。同步調(diào)制與異步調(diào)制的參數(shù)設(shè)置可以在上位機(jī)程序中完成，也可以在SPWM子程序中完成。 SPWM子程序流程圖SPWM控制程序采用規(guī)則采樣法，應(yīng)用DSP的EVA模塊，定時(shí)器1采用連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，SPWM開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為5kHz。 SPWM子程序流程圖考慮到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的安全性，仍然對(duì)PI調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行限幅。但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于起動(dòng)、停車(chē)或在較大速度范圍內(nèi)加、減速等工況時(shí)，在比例積分作用下，將會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致控制器的輸出量增大，引起強(qiáng)烈的積分飽和效應(yīng)，為系統(tǒng)控制帶來(lái)輸出振蕩、調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)等不利影響。為此，可考慮采用積分分離算法，即當(dāng)偏差大時(shí)，只有比例調(diào)節(jié)起作用；當(dāng)偏差小時(shí)，再將積分調(diào)節(jié)引入，以消除輸出靜差。此類(lèi)算法能有效抑制輸出振蕩，通常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。算法描述如下： （46）式中，是第k次采樣時(shí)刻的輸出值；是第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；是比例系數(shù)；是積分系數(shù)；T是采樣周期；C是引入系數(shù)；是偏差閾值。 對(duì)于電流調(diào)節(jié)器，其目的除了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的控制，還要求有助于實(shí)現(xiàn)解耦控制，減少磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。通常采用分段PI調(diào)節(jié)器，即根據(jù)被調(diào)量的實(shí)時(shí)偏差和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)地分段調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)，以解決動(dòng)態(tài)跟隨和穩(wěn)定性之間的矛盾。系統(tǒng)中坐標(biāo)變換模塊包括靜止三相與兩相變換、矢量旋轉(zhuǎn)變換。靜止三相與兩相變換應(yīng)用于兩個(gè)方面：一方面是將實(shí)際檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)三相電壓或電流信號(hào)變換到靜止兩相正交坐標(biāo)系中的等效電壓或電流信號(hào)即為Clark正變換；另一方面是將靜止兩相正交坐標(biāo)系中的控制電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為靜止三相對(duì)稱(chēng)坐標(biāo)系中的電壓或電流信號(hào)，用于控制逆變器的工作即為Clark逆變換。矢量旋轉(zhuǎn)變換是將控制信號(hào)在靜止的正交坐標(biāo)系與以同步旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系之間進(jìn)行變換，即為Park正、逆變換。變換公式如式（47）～式（410）所示。Clark正變換 （47）Clark逆變換 （48）Park正變換 （49）Park逆變換 （410）。 Clarkamp。Park變換流程圖 Clarkamp。Park逆變換流程圖 根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈估計(jì)的電流模型如式（225）所示，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的控制中，d軸和q軸是解耦的，則穩(wěn)態(tài)時(shí) （411）令將轉(zhuǎn)子磁鏈角頻率按額定角頻率歸一化，且令，則式（225）變?yōu)? （412）對(duì)式（411）和（412）離散化處理，并令，可得 （413） （414）從而可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁鏈的定向角滿(mǎn)足 （415）為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，令，則式（413）、式（414）、式（415）可描述為 （416） 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算流程圖在異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，反饋檢測(cè)模塊主要完成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測(cè)和定子電流檢測(cè)。 轉(zhuǎn)速反饋模塊電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為速度環(huán)中的反饋量，在每個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán)采樣周期中均需要對(duì)其進(jìn)行更新。基于TMS320F2812 DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，速度反饋處理方法為：采用EVA（QEP1，QEP2，T2）模塊，通過(guò)DSP的正交脈沖輸入端口A（ QEP1）和B（QEP2），由片內(nèi)的正交編碼脈沖電路計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測(cè)脈沖的四倍頻處理。設(shè)置通用定時(shí)器T2為定向增/減計(jì)數(shù)模式，并以四倍頻脈沖作為定時(shí)器輸入時(shí)鐘源，以正交編碼脈沖電路的方向檢測(cè)輸出作為定時(shí)器方向輸入。其中DSP全局通用控制寄存器GPTCONA的T2STAT位即可反映A與B脈沖序列的相序，T2STAT=0減計(jì)數(shù)表示B相超前A相；T2STAT=1增計(jì)數(shù)表示A相超前B相，從而以T2的計(jì)數(shù)方向即可表示電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；T2CNT的計(jì)數(shù)值則表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角，經(jīng)計(jì)算可獲得轉(zhuǎn)速檢測(cè)值。本系統(tǒng)中光電編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為M=2048，經(jīng)DSP的QEP單元四倍頻后脈沖數(shù)是4M=8192，電動(dòng)機(jī)基速=1500r/min，轉(zhuǎn)速環(huán)采樣周期為。 轉(zhuǎn)速計(jì)算子程序流程圖本系統(tǒng)中，利用電流傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)兩相定子電流反饋量的檢測(cè)?；赥MS320F2812的供電電壓等級(jí)要求，將電流檢測(cè)的電壓信號(hào)（0~3V）經(jīng)DSP片上ADC轉(zhuǎn)換得到12位二進(jìn)制數(shù)字量，需要經(jīng)過(guò)定標(biāo)才可得到Q12格式的二進(jìn)制數(shù)字量（4096~4096），用于數(shù)字控制。為了提高電流輸入信號(hào)的采樣精度，可以采用均值濾波的方法。電流定標(biāo)計(jì)算公式為 （417）電流反饋定標(biāo)系數(shù)k_i的計(jì)算公式為 （418）其中。 電流檢測(cè)子程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試的目的在于測(cè)定閉環(huán)控制方式下，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性的影響，以此測(cè)試閉環(huán)控制方案的可行性和有效性。利用上位機(jī)和示波器檢測(cè)系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)處的波形，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。已知三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速1420r/min，額定電壓220Vac，頻率50Hz，三角形接法。（1） 首先設(shè)定PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為參考值 電流調(diào)節(jié)器=，= 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器=，=設(shè)定給定轉(zhuǎn)速為800r/min時(shí)，測(cè)得波形如下：1　 逆變輸出A、B相電流（）。 上位機(jī)觀測(cè)波形圖2　 。 和轉(zhuǎn)速n上位機(jī)觀測(cè)波形3　 。 （XY）示波器觀測(cè)圖形4　 。 （XY）示波器觀測(cè)圖形5　 。 線(xiàn)電壓示波器觀測(cè)波形6　 。 V1和V2柵極PWM波形 V1和V2柵極PWM波形7　 。 V1和V3柵極PWM波形 V1和V3柵極PWM波形8　 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流和轉(zhuǎn)速波形（給定800r/min）。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流和轉(zhuǎn)速波形可見(jiàn)，在當(dāng)前PI參數(shù)下，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速有超調(diào)，啟動(dòng)電流也較大。（2） 調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察、對(duì)電機(jī)啟動(dòng)性能的影響。 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，一般保持電流調(diào)節(jié)器參數(shù)為參考值，即=， =，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。設(shè)定給定轉(zhuǎn)速為800r/min，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器值：=1，=。 =1，=，電機(jī)啟動(dòng)波形 =2，=。 =2，=，電機(jī)啟動(dòng)波形 =3