【導(dǎo)讀】統(tǒng)數(shù)字控制的設(shè)計(jì)和基于Matlab的仿真設(shè)計(jì)。選用三相橋式不可整流電路供電。壓極性呈正負(fù)變化。驅(qū)動(dòng)電路采用M57215BL芯片，通過DSP的PWM輸出引腳PWM1-PWM4. 用霍爾電流傳感器檢測電流變化，并通過ADCIN00引腳輸。采用增量式光電編碼器監(jiān)測電動(dòng)機(jī)的速度。變化，經(jīng)QEP1和QEP2腳輸入給DSP,獲得速度反饋信號。通過PDPINIA引腳對電動(dòng)。機(jī)提供過電壓和過電流保護(hù)。運(yùn)用MATLAB對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，雙閉環(huán)調(diào)速系。統(tǒng)的特征是系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速分別由兩個(gè)調(diào)節(jié)器控制。速度調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器。建模完成后即可進(jìn)行仿真。

　　

【正文】 PWM 輸出引腳 4（ EVA） 或通用 I/O PWM7/IOPE1 比較 /PWM 輸出引腳 7（ EVA） 或通用 I/O PDPINTA 功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷輸入引腳 TMS329LF2407A DSP 的結(jié)構(gòu)才用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)支持分離的程序和數(shù)據(jù)總線。這樣的結(jié)構(gòu)使取指令、執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)傳送和外設(shè)控制可以并行進(jìn)行，因此可以擊打的提供工作速度。 2407A DSP 可以分成三部分： DSP 內(nèi)核、存儲器和外圍設(shè)備。其功能結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 DSP 內(nèi)核是 DSP 的核心，它擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)運(yùn)算、信號處理的任務(wù)。它包括了累器、狀態(tài)寄存器 S0 和 S中央算術(shù)邏輯單元 CALU、輔助寄存器、乘法器、移位器臨時(shí)寄 21 存器 T和乘積寄存器 P。 存儲器包括了 32K 字的 Flash程序存儲器、 2K 字的單口 RAM 和 544字的雙口 RAM（ DAAM）。 外圍設(shè)備指的是 DSP芯片中集成的除內(nèi)核以外的功能模塊，習(xí)慣上稱之為外設(shè)。它包括了事件管理器、 ADC轉(zhuǎn)換器、 SPI和 SCI 串行接口、 CAN接口等。 其中，在這里特別說明一下事件 管理器， TMS320LF2407A 中的時(shí) 間管理器（ EV）是專門為電動(dòng)機(jī)控 制而設(shè)計(jì)的專用模塊。 下面具體介紹事件管理器的結(jié)構(gòu)功能： TMS320LF2407A DSP 有兩 個(gè)相互獨(dú)立的事件管理器 EVA 和 EVB，結(jié)構(gòu)功能完全相同，每個(gè)都有 16位通用定時(shí)器、 8個(gè) 16位的 PWM 圖 TMS320LF2407A 模塊結(jié)構(gòu) 通道，三個(gè)比較單元，三個(gè)捕獲單元，兩路正交編碼脈沖電路 QEP 及計(jì)數(shù)方向和外部時(shí)鐘輸入， 16通道 的 10 位的最小轉(zhuǎn)換時(shí)間 375ns 的 A/D 轉(zhuǎn)換器。由于事件管理器 EVA和 EVB，結(jié)構(gòu)功能一樣，下面就只介紹一下管理器模塊 A（ EVA）的結(jié)構(gòu)功能。 事件管理器 A有 Timer1 和 Timer2 兩個(gè)通用定時(shí)器，它們有如下功能： （ 1） 作為常規(guī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器使用； （ 2） 用于在 TxPWM 引腳上輸出頻率和脈寬可調(diào)的 PWM 波； （ 3） 與捕捉模塊結(jié)合測量 CAPx 引腳上的脈寬； （ 4） 定時(shí)器 1與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的 6 個(gè) PWM 控制信號； （ 5） 定時(shí)器 2 可服務(wù)于增量式光電編碼器接口，測量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向、角位移和轉(zhuǎn)速； （ 6） 啟 動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)速。 每個(gè)通用定時(shí)器包括：一個(gè)可讀寫的 16位定時(shí)器增 /減計(jì)數(shù)器 TxCNT；一個(gè)可讀寫的 16位定時(shí)器比較寄存器 TxCMPR；一個(gè)可讀寫的 16 位定時(shí)器周期寄存器 C 2 xxD S P內(nèi)核D A RA N ( B 0 )256 字D A RA N ( B 1 )256 字D A RA N ( B 2 )32 字S A RA M 2 K 字P LL 時(shí)鐘10 BitA D C 具有雙排序器S CISPICA NWDF lash / RO M 32 字4 K / 12 K / 12 K / 4 K外部存儲器接口數(shù)字 I / O 與其他引腳共享J A TG 端口事件管理器 A 3 個(gè)捕獲輸入 6 個(gè)比較 / P WM 輸出2 個(gè)定時(shí)器 / P WM事件管理器 B 3 個(gè)捕獲輸入 6 個(gè)比較 / P WM 輸出2 個(gè)定時(shí)器 / P WM 22 TxPR；一個(gè)可讀寫 16位的定時(shí)器控制寄存器 TxCR；可選擇的內(nèi)部或外部時(shí)鐘；4可屏蔽中斷 —— 下溢、上溢、定時(shí)器比較和周期中斷。 每個(gè)通用定時(shí)器有四種可選擇的操作模式：停止 /保持模式；連續(xù)遞增記數(shù)模式；定向增減記數(shù)模式；連續(xù)增減記數(shù)模式。利用這些操作模式可以產(chǎn)生周期可變和固定的各種鋸齒波及三角波。定時(shí)器比較寄存器和這些波形進(jìn)行比較就可以產(chǎn)生各 種 PWM輸出，稱之為波形發(fā)生器。 通過配置 GPTCONA/B 寄存器中的相應(yīng)位來規(guī)定高有效、低有效、強(qiáng)制高、強(qiáng)制低，這樣就可以控制波形發(fā)生器的輸出，以生成不同類型功率設(shè)備所需的 PWM 波形，每個(gè)通用定時(shí)器都提供一個(gè)獨(dú)立的 PWM 輸出通道。 事件管理器 A有 3個(gè)比較單元， 1 個(gè)比較單元、 1個(gè)比較控制寄存器 COMCONx 和一個(gè)比較方式控制寄存器 ACTRx。每個(gè)比較單元都有一個(gè)比較寄存器 CMPRx，以及 2個(gè) PWM 輸出引腳。這一套組合可以使事件管理器產(chǎn)生 6個(gè)帶死區(qū)的 PWM 輸出，用于控制三相逆變橋。 比較單元的操作功能與定時(shí)器 比較積存器的操作功能相似。當(dāng)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值與比較單元的比較寄存器相等時(shí)，就會在該比較單元的兩個(gè) PWM 引腳上產(chǎn)生跳變（兩個(gè)引腳的跳變與比較方式寄存器 ACTRx 的設(shè)置有關(guān)），并經(jīng)過 1 個(gè) CPU 時(shí)鐘后發(fā)出比較中斷申請。 比較單元受比較控制寄存器和比較方式寄存器控制，通過這些寄存器可以設(shè)置比較輸出是否允許、比較值和方式寄存器的重載條件、 PWM 引腳輸出方式等。 增量式光電編碼器是電動(dòng)機(jī)控制中的常用傳感器，用于測量電動(dòng)機(jī)輸出的角位移和轉(zhuǎn)速等信息，作為閉環(huán)控制的反饋量。 TMS320LF2407A DSP 提供了與這種編碼器的接口電路。 在事件管理器 A中，它的編碼器接口電路使用了定時(shí)器 2 作為可逆計(jì)數(shù)器，來計(jì)數(shù)編碼脈沖的個(gè)數(shù)。編碼脈沖通過 2個(gè)引腳 QEP1/CAP1和 QEP2/CAP2輸入到芯片內(nèi)部。這兩個(gè)引腳是與捕捉單元 2 復(fù)用的引腳，因此在使用編碼器接口電路時(shí)，要禁止捕捉功能。 編碼器接口電路利用輸入編碼脈沖的 4個(gè)邊沿加工成 4倍頻的計(jì)數(shù)脈沖信號和計(jì)數(shù)方向信號。 4 倍頻的計(jì)數(shù)脈沖信號有利于提高電動(dòng)機(jī)角位置和角位移信號的分辨率。計(jì)數(shù)方向信號自動(dòng)地控制定時(shí)器 2 的計(jì)數(shù)方向，而計(jì)數(shù)方向引腳 TDIRA 這時(shí)不起作用。 在事件管理器 A模塊中，對 增量式編碼器脈沖電路寄存器的設(shè)置如下： 23 將所需的值裝載到定時(shí)器 2的計(jì)數(shù)器、周期和比較寄存器中；設(shè)置 T2CON 為定向增 /減計(jì)數(shù)方式，編碼脈沖電路作為時(shí)鐘源，并允許定時(shí)器 2。 捕捉單元可用于測量捕捉引腳上輸入信號的兩個(gè)相鄰跳變間的時(shí)間間隔，因此可以測量輸入信號的頻率或周期。 事件管理器 A 模塊有三個(gè)捕捉單元，每個(gè)捕捉單元都有相應(yīng)的引腳 CAPx，它們可以選擇定時(shí)器 1或 2作為計(jì)數(shù)時(shí)鐘，但 CAP CAP2 必須使用相同的計(jì)數(shù)時(shí)鐘。 每個(gè)捕捉單元都有一個(gè) 2級先入先出（ FIFO）堆棧，分為頂層堆棧（ CAPxFIFO）和低層 堆棧（ CAPxFBOT）。當(dāng)輸入引腳上的信號發(fā)生指定跳變時(shí)，捕捉單元自動(dòng)地將定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（ TxCNT）保存到堆棧中，并置中斷標(biāo)志位。頂層堆棧保存舊的計(jì)數(shù)值。當(dāng)對堆棧進(jìn)行讀操作時(shí)，總是讀取頂層堆棧的舊值，而同時(shí)低層堆棧自動(dòng)地進(jìn)入頂層堆棧，所以讀操作可以清空堆棧。捕捉單元有兩種寄存器，一個(gè)是捕捉控制寄存器（ CAPCONA/B），另一個(gè)是捕捉 FIFO 狀態(tài)寄存器（ CAPFIFOA/B） 。 鍵盤和顯示 HD7279A 的選通端 CS 和 CLK、 DATA、 KEY 分別于 DSP 的 DSP CAP5/QEP4/IOPF0、DSP CLKOUT/IOPE0、 DSP CAP6/IOPF DSP XINT2/ADCSOC/IOPD0 相連。 HD7279A 是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 位共陰式數(shù)碼管（或 64位獨(dú)立 LED）的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成 LED 顯示，鍵盤接口的全部功能。 HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 BCD 碼或 16 進(jìn)制碼，并同時(shí)具有 2種譯碼方式。 HD7279A 具有片選信號，可方便地實(shí)現(xiàn)多于 8 位的顯示或多于 64 鍵的鍵盤接口。本設(shè)計(jì)中前四位數(shù)碼管顯示給定速度，后四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)速度。每位數(shù)碼管對應(yīng)的二個(gè)鍵分別為增加鍵和減少鍵。 主電路中參數(shù)計(jì)算 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計(jì)算 U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會造成延遲角 α 加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： （ ） 式中 Udmax 整流電路輸出電壓最大值； nUT 主電路電流回路 n 個(gè)晶閘管正向壓降； C 線路接線方式系數(shù)； Usk 變壓器的短路比，對 10～ 100kVA， Usk =～ ； dm a x T22m i n sk2NU +nUU=IA ε ( c os α C U )I 24 I2/I2N變壓器二次實(shí)際工作電流與額定之比，應(yīng)取最大值。 在要求不高場合或近似估算時(shí)，可用下式計(jì)算，即： （ ） 式中 A理想情況下， α=0 176。 時(shí)整流電壓 Ud0與二次電壓 U2之比，即 A=Ud0/U2；B延遲角為 α 時(shí)輸出電壓 Ud與 Ud0之比，即 B=Ud/Ud0； ε 電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)； 1~—— 考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式 , 由表查得 A=；取 ε = ； α 角考慮 10 176。 裕量，則 B= cos α = 2 ( 1 ~ ) 15 ( 4 85 ) ~ 4U ? ? ? ? 取 U2=8 V。電壓比 K= U1/U2= 380/8 =。 一次、二次相電流 I I2的計(jì)算 由表查得 KI1 = ， KI2 = 考慮變壓器勵(lì)磁電流得： 變壓器容量的計(jì)算 S1=m1U1I1； （ ） S2=m2U2I2； （ ） S=1/2(S1+S2)； （ ） 式中 m m2 一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； 由表查得 m1=3， m2=3 S1=m1U1I1=3380 =57 VA S2=m2U2I2=3 8 = VA S=1/2(S1+S2)=1/2（ 57+） = VA 二極管整流橋 VD1 VD6 的選擇 考慮到工廠的交流電電壓值變化較大，其上限值取 25V(1+5%)= ，其幅I1 d1 KI 0 .8 1 6 3I = 1 .0 5 = = 0 .0 5 AK 4 7 .5180。( ) d2 UU = 1~1 .2 AεB2 I 2 dI = K I = 0 .8 1 6 3 = 2 .4 4 8 A180。 25 值電壓可達(dá) = 37V[8]。山于整流橋中的二極管在承受反向電壓時(shí)由兩只二極管串聯(lián)承擔(dān)，因此，選取耐壓為 50V、電流為 。 輸入濾波電容 C0的選型研究 當(dāng)交流電源停電或漏電一個(gè)周期波形時(shí)，一般希望整流輸出電壓能維持一定時(shí)間后再開始下降，取電源輸出的保持時(shí)間 td=10ms。根據(jù)能量守恒定律，在 td期間輸出的能量是由輸入電容 C1釋放供給的，由公式： （ ） 且考慮留有一定的余量，選濾波電容為 4700μF 。 平波電抗器的設(shè)計(jì) 為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器 LD，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。 電動(dòng)機(jī)電感量 LD（單位為 mH）可按下式計(jì)算： 3DDdDUL = K 1 02pnI ? （ ） 式中 UD、 ID、 n－直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入； p－電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)； KD－計(jì)算系數(shù)。一般無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 8～ 12，快速無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 6～ 8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 5～ 6。 本設(shè)計(jì)中取 KD= UD=15V、 ID=3A、 n=3000r/min、 p=1， 變壓器漏電感量 LT（單位為 mH）可按下式計(jì)算 （ ） 式中 KT－計(jì)算系數(shù)，查表可得 Ush－變壓器的短路比，一般取 5~10。 本設(shè)計(jì)中取 KT=、 Ush=6 所以