【導讀】本畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下完成的。文中引用他人研究。在謝辭中體現(xiàn)；其它內(nèi)容及成果為本人獨立完成。其他復制手段保存論文。保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定。磁同步電動機己逐步成為交流伺服系統(tǒng)的主流。同時隨著微電子技術(shù)和功率電子技術(shù)的飛。數(shù)字化、智能化、小型化、高速、高精度方向發(fā)展。本文對全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動。器進行了研究與開發(fā)。然后設計了基于TMS320F2812的軟件平臺，給出了主程序和中斷服務子程序

　　

【正文】 TCK的上升沿 時 ， TDI被鎖存到選擇寄存器、指令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中 ； TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO引腳從 JTAG接口輸出； TMS為測試模式選擇，TMS用來設置 JTAG接口處于某 種特定的測試模式； TRST為測試復位，輸入引腳，低電平有效。 上電后 ， 控制器的操作方式 取決于 TRST、 EMUO和 EMUI的 信號狀態(tài) 。當 TRST信號 狀態(tài)為上升沿 時， EMUO和 EMUI信號在上升沿采樣，鎖存操作方式。 引腳用作中斷輸入，福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 18 該中斷來自仿真系統(tǒng)的輸入，通過 JTAG掃描定義為輸入 /輸出 。 JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預編程后再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG編程，從而大大加快工程進度。 JTAG接口可對 PSD芯片內(nèi)部的所有部件進行編程。 電源電平轉(zhuǎn)換電路 TMS320F2812的核心 CPU電壓是 1. 8V，而 I/O接口電壓是 3. 3V。為了實現(xiàn)芯片的正常運行，必須進行電源電壓的轉(zhuǎn)換。我們設計用一個基本上不要外圍元件的最簡單的電源轉(zhuǎn)換芯片，低壓差穩(wěn)壓器。 TPS767D318電源電平轉(zhuǎn)換 硬件 電路 如圖 34所示，這款 TI公司設計的 TPS767D318芯片，可以由輸入端 +5V電壓，產(chǎn)生核心電壓 + I/O接口電壓 +，同時該芯片可以提供 DSP復位信號；該芯片的最大輸出電流為 l A，其中模擬地和數(shù)字地用小電阻或磁珠連接，防止電磁干擾 。通 過 一個 極性電容 （ 33 uF） 和一個鐵氧化體磁珠濾波后 ，來輸出 DSP的電源電壓。 外部輸入電壓經(jīng)過 一個 1 uF的極性電容濾波后進入電源芯片 TPS767D318， 提高 芯片 可靠性。此外，當 EN=1時， 芯片 處于關(guān)閉狀態(tài)，此時功率管、驅(qū)動器、電壓比較電路和振蕩器等電路 都處于 不工作狀態(tài)，使靜態(tài)電流極低， 實現(xiàn) 使能端和過溫保護功能。當 芯片溫度高于門限值時，它將會自動關(guān)閉，一旦溫度低于門限值，又會重新進入工作狀態(tài)。 圖 34 TPS767D318電源電平轉(zhuǎn)換電路 基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 19 外部存儲器擴展電路 為了更好的實現(xiàn)系統(tǒng)的存 儲功能， DSP芯片外擴了一片靜態(tài)存儲器 (SRAM)，選用 ISSI公司生產(chǎn)的 IS61LV25616高速異步 COMS 靜態(tài)隨機存儲器 ，其容量為 256k16bit ，存取時間為 15 ns，外部供電電壓為 ，與高速的 DSP配合使用是非常適合。 IS61LV25616AL是由高速的， 4， 194， 304字節(jié)靜態(tài) RAM，由 16位的 262， 144字節(jié)組成。并利用 ISSI的高性能 CMOS技術(shù)合成。這種高可靠性的處理加上創(chuàng)新的電路設計技術(shù)，生產(chǎn)出高性能，低功耗的設備。 當 CE 是高電平（懸空）時，設備呈現(xiàn)待機模式，并且此時的功耗可以降低到 CMOS輸入時的功耗。 簡單的存儲器擴展是由芯片使能端和輸出使能端來提供， CE 和 OE 。激活低電平的 WE可以同時控制存儲器的讀和寫。數(shù)據(jù)字節(jié)既允許高字節(jié)（ UB ）進入，也允許低字節(jié) ( LB )進入。 IS61LV25616AL被按照 JEDEC（聯(lián)合電子設備工程會議）分別打包成 44引腳 400mil（千分之一寸） J型塑料封裝 (SOJ)， 44引腳微型薄片 II式封裝 (TSOP)， 44引腳小外形四方扁平封裝 (LQFP)和 48引腳迷你球狀柵級陣列型封裝 (BGA)（ 8mm x 10mm）。 RAM 擴展 電路 如圖 35所示 。 圖 35 外 部存儲器擴展電路 福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 20 功率驅(qū)動電路 功率驅(qū)動電路包括電源逆變電路 、 電流檢測電路 、 速度檢測電路和故障保護電路等 。 逆變器主電路 功率驅(qū)動回路 主要的作用是 進行能量轉(zhuǎn)換 和 驅(qū)動伺服電機工作 ， 主要 包括 整流電路、濾波電路 和 三相橋式 逆變器 電路 組成，如圖 36所示 [11]。 圖 36 功率驅(qū)動回路電路圖 逆變電路 主要作用是將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，實現(xiàn)所需電壓的輸出，是 變頻器主要部分之一。 整流電路 由 4個 普通二極管 組合成可控 整流橋?qū)崿F(xiàn) ，其主要作用是將市電電源的單相交流全波整流成直流 。 濾波電路起到保護驅(qū)動 電路的作用。三相橋式整流電路由六個 IGBT組成， IGBT主要特點是高耐壓、高開關(guān)頻率、電流大、導通電阻小、控制功率小等。而將大功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內(nèi)形成智能功率模塊 IPM。 IPM模塊 具有 智能化、集成化、模塊化、保護功能全、性價比高、控制驅(qū)動簡單等特點， 使系統(tǒng)更加簡潔。 （ 1）整流電路 整流電路由 4個整流二極管組成單相不可控整流橋，作用是將電源的單相交流全波整流成直流。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。小功率的，輸入電源多用 220V，整流電路為單相全波整流橋；大功率 的，一般用三相 380V電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。本設計采用的是單相整流橋。 （ 2）濾波電路 在整流電路中輸出電壓是脈動的，另外，在逆變部分產(chǎn)生的脈動電流和負載變化也使得直流電壓產(chǎn)生脈動，為了將其中的交流成分盡可能的濾除掉，使之變成平滑的直流電，必須在其后加上一個低通濾波電路。這里采用常用的電容濾波電路，在整流輸出端并入大基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 21 電容，整流輸出直流電壓含有很多偶次諧波，頻率越高，電容容抗越小，分流作用越大，諧波被濾除的就越多，輸出電壓的平均值就越大。濾波電容除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器 之間起去耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負載的電動機提供必要的無功功率。因而，中間直流電路電容器的電容量必須較大，起到儲能作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲能電容器。 由于濾波電容的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進行，如果濾波電容沒有快速放電的回路，其放電時間往往長達數(shù)分鐘。如果濾波電容上的電壓較高，電荷不放完，將對人身安全構(gòu)成威脅。 （ 3） 逆變電路 逆變電路的功率開關(guān)器件選用的是以絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)為核心的智能功率模塊 (IPM) 。 IGBT是 80年代出現(xiàn)的新一代復合型電力 電子器件，它集合了 MOSFET和 GTR的優(yōu)點，適合于高速、低功耗的場合，如電機控制，開關(guān)電源等。 IGB T具有耐壓高、電流大、開關(guān)頻率高、導通電阻小、控制功率小等特點。而智能功率模塊 (IPM)是將大功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內(nèi)，是電力集成電路 PIC的一種。目前的 IPM一般采用 IGBT作為大功率開關(guān)器件。 采用低飽和壓降，高開關(guān)速度，內(nèi)設低損耗電流傳感器的 IGBT功率器件。該電流傳感器是射極分流式采樣，電阻上流過的電流很小，且與開關(guān)流過的大電流成確定比例關(guān)系，從而可代替一般要 外接的電流互感器，如霍爾電流傳感器等檢測元件。同時飽合壓降和開關(guān)速度之間的關(guān)系達到最優(yōu)化，具有足夠的安全工作區(qū)，能很好地滿足由控制 IC給出的保護范圍。 采用單電源邏輯電壓輸入優(yōu)化的柵極驅(qū)動，實行 RTC(實時邏輯柵區(qū) )控制模式。以嚴密的時序邏輯監(jiān)控保護，可防止過電流、短路、過熱及欠電壓等故障發(fā)生。帶 RC信號干擾抑制和電源干擾抑制。 IPM內(nèi)置各種保護功能，如過溫、過流、欠壓、短路保護。只要有一個保護電路起作用， IGBT的門極驅(qū)動電路即關(guān)閉，同時產(chǎn)生一個故障信號，可送至 DSP進行相應處理。 三相橋臂內(nèi)含續(xù)流二極 管，內(nèi)置驅(qū)動電路、保護電路和報警輸出電路。 電流檢測電路 電流檢測 如圖 37所示，主要作用是 提高系統(tǒng)電流環(huán)響應速度 ，實現(xiàn) 伺服系統(tǒng)高性能 控制。 電流檢測 是將永磁同步電動機的 三相定子電流 進行 AD轉(zhuǎn)換成相應的二進制代碼 ，實現(xiàn)DSP便捷 處理。由于 系統(tǒng)的 iA+iB+iC=0，因此只 需要 檢測 系統(tǒng)中的 兩路電流 就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的電流檢測 。 系統(tǒng) 運行中的電流信號 經(jīng)過 霍爾電流傳感器實時采集下來， 再到 DSP的 A/D轉(zhuǎn)換 電路來 進行實時采樣 ，這就是 定子電流采樣電路 的主要作用 。 圖中 高速高精度雙運放 穩(wěn)壓管福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 22 TLE2142，運算放 大器的運行速度快，即增益帶寬乘積大、轉(zhuǎn)換速率快，通常用于處理頻帶寬、變化速度快的信號，具有 防止信號電壓過大 的 保護作用 [12]。 圖 37 定子電流采樣電路 速度檢測 在高性能的數(shù)字控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電機位置和轉(zhuǎn)速的數(shù)字檢測是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的測速裝置有：增量式光電碼盤、絕對式光電碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器。它們的主要特點如下： (1)增量式光電碼盤 增量式光電碼盤數(shù)據(jù)處理電路簡單。因為是數(shù)字信號，所以噪聲容限較大，容易實現(xiàn)高分辨率，檢測精度高；缺點是不耐沖擊及振動，容易受溫度 變化影響，適應環(huán)境能力較差。 (2)絕對式光電碼盤 絕對式光電碼盤上有許多圈槽，為獲得高分辨率就要求很高的機械加工精度，導致成本很高。 (3)旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓自身結(jié)構(gòu)堅固耐用，不怕振動和沖擊，可在高溫下工作，具有很強的適應環(huán)境能力，可以通過控制電路，較容易改變分辨率；其缺點是信號處理電路復雜，溫度特性不好 。 在伺服控制系統(tǒng)中，實現(xiàn) 系統(tǒng) 的高 性能的關(guān)鍵技術(shù) 是 電機位置和轉(zhuǎn)速的 全數(shù)字 檢測 。對于永磁伺服電機來說，通常是在電機主軸上內(nèi)嵌入光電編碼器用來進行速度和位置的測量。其工作原理是：光電碼盤一側(cè)的兩個光敏管受另 一側(cè)發(fā)光二極管的控制。在光電碼盤上均勻分布著很多個光電孔，當光透光透過光電孔的時候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 1”的信號；基于 TMS320F2812 的 PMSM調(diào)速系統(tǒng)設計 23 當發(fā)光二極管被遮住的時候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 0”的信號。這樣，兩個光敏管會產(chǎn)生 A，B兩路相位相差 900的正交信號。原理如圖 38所示。 圖 38 增量式光電編碼器工作原理圖和輸出波形 圖 39 光電隔離 電路 本 系統(tǒng) 采用 了 光電編碼器 作為測速裝置 ，它有 A， B， Z三相輸出，利用 Z相 相對于 A，B相的位置 能很 精確定位 出 電機的磁極 實際 位置。 TMS320F2812事件管理模塊具有正交解碼 脈沖 電路（ QEP電路） 。當該電路 被使能 時 ，引腳 CAPI/QEPI和 CAPZ/QEPZ接收脈沖信號 ，并進行解碼和計數(shù) 。 正交解碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得電機轉(zhuǎn)子的位置及速度信息，電機軸上的光電碼盤輸出的正交編碼脈沖經(jīng)接口電路輸入到正交解碼脈沖輸入電路，接口電路用來完成脈沖的隔離、整形功能，其電路原理如圖 39所示 。 由于碼盤輸出的信號最高接近 60kHz，而普通光耦的開通和關(guān)斷就有幾個微秒的延時，無法滿足要求，因此，本文采用高速光耦 器 6N137。 采用光電碼盤測速，常見的速度估算法有三種： M法， T法， M／ T法 [13]。 福州大學 至誠 學院 本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 （ 1） M法 M法是在一定時間間隔 T內(nèi)，對光電碼盤脈沖進行計數(shù)，進而計算出轉(zhuǎn)速。設與電機同軸連接的光電碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，輸出脈沖數(shù)為 P(個／ r)，電機轉(zhuǎn)速為 n(r／ min)檢測時間為 T(s)， T內(nèi)的計數(shù)脈沖為 m個，則 PTm60n? (31) M法測速比較適合于高速場合，低速時測速精度較低。 （ 2） T法 T法測速是測出相鄰兩個脈沖之間的間隔時間來計算轉(zhuǎn)速的一種測速方法。時間的測量是使用一個計數(shù)器對頻率一致的時鐘脈沖進行計數(shù)，由時鐘頻率和計數(shù)值就可求出時間，繼而算出轉(zhuǎn)速的測量值。 設時鐘頻率為 f，光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出 P個脈沖，兩個脈沖間的計數(shù)值 m，則光電脈沖周期 T為 fmT? (32) PT60Pmf60n ?? (33) T法測速法，轉(zhuǎn)速越高，測量計數(shù)值 m越小，所以 T法測速比較適合于低速場合。 （ 3） M/T法 M／ T法是結(jié)合了 M法和 T法的優(yōu)點，在低速段及高速段均有較高的測速精度。在 M／T法中，既要如 M法那樣，測量在檢測周期 T內(nèi)光電編碼器輸出的脈沖數(shù) m1，同時又要按照T法那樣，測量 m1個脈沖周期的時鐘 脈沖個數(shù) m2，測速公式為 mPmf60n 21? (34) RS232轉(zhuǎn) SCI通訊接口電路 本系統(tǒng)由于需要與 PC機通訊，本論文應用了 RS232專用的電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，進行電平轉(zhuǎn)換。 MAX232是 ~，低功率的通訊收發(fā)器，具體電路