【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；其它內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的主流。同時隨著微電子技術和功率電子技術的飛。數字化、智能化、小型化、高速、高精度方向發(fā)展。本文對全數字交流永磁同步伺服驅動。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、指令寄存器或數據寄存器中 ； TDO為測試數據輸出，數據通過 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，傳統生產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芯片內部的所有部件進行編程。 電源電平轉換電路 TMS320F2812的核心 CPU電壓是 1. 8V，而 I/O接口電壓是 3. 3V。為了實現芯片的正常運行，必須進行電源電壓的轉換。我們設計用一個基本上不要外圍元件的最簡單的電源轉換芯片，低壓差穩(wěn)壓器。 TPS767D318電源電平轉換 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 處于關閉狀態(tài)，此時功率管、驅動器、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 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電源電平轉換電路 基于 TMS320F2812 的 PMSM調速系統設計 19 外部存儲器擴展電路 為了更好的實現系統的存 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技術合成。這種高可靠性的處理加上創(chuàng)新的電路設計技術，生產出高性能，低功耗的設備。 當 CE 是高電平（懸空）時，設備呈現待機模式，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。數據字節(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 功率驅動電路 功率驅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 功率驅動回路 主要的作用是 進行能量轉換 和 驅動伺服電機工作 ， 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 功率驅動回路電路圖 逆變電路 主要作用是將直流電壓轉換成交流電壓，實現所需電壓的輸出，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 整流橋實現 ，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、高開關頻率、電流大、導通電阻小、控制功率小等。而將大功率開關器件和驅動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內形成智能功率模塊 IPM。 IPM模塊 具有 智能化、集成化、模塊化、保護功能全、性價比高、控制驅動簡單等特點， 使系統更加簡潔。 （ 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，在逆變部分產生的脈動電流和負載變化也使得直流電壓產生脈動，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調速系統設計 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，將對人身安全構成威脅。 （ 3） 逆變電路 逆變電路的功率開關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，開關電源等。 IGB T具有耐壓高、電流大、開關頻率高、導通電阻小、控制功率小等特點。而智能功率模塊 (IPM)是將大功率開關器件和驅動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內，是電力集成電路 PIC的一種。目前的 IPM一般采用 IGBT作為大功率開關器件。 采用低飽和壓降，高開關速度，內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，且與開關流過的大電流成確定比例關系，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速度之間的關系達到最優(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的門極驅動電路即關閉，同時產生一個故障信號，可送至 DSP進行相應處理。 三相橋臂內含續(xù)流二極 管，內置驅動電路、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 提高系統電流環(huán)響應速度 ，實現 伺服系統高性能 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轉換成相應的二進制代碼 ，實現DSP便捷 處理。由于 系統的 iA+iB+iC=0，因此只 需要 檢測 系統中的 兩路電流 就可以實現對系統的電流檢測 。 系統 運行中的電流信號 經過 霍爾電流傳感器實時采集下來， 再到 DSP的 A/D轉換 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 在高性能的數字控制系統中，實現電機位置和轉速的數字檢測是提高系統性能的關鍵技術。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 增量式光電碼盤數據處理電路簡單。因為是數字信號，所以噪聲容限較大，容易實現高分辨率，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)旋轉變壓器 旋轉變壓自身結構堅固耐用，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 。 在伺服控制系統中，實現 系統 的高 性能的關鍵技術 是 電機位置和轉速的 全數字 檢測 。對于永磁伺服電機來說，通常是在電機主軸上內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：光電碼盤一側的兩個光敏管受另 一側發(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，光敏管產生邏輯“ 1”的信號；基于 TMS320F2812 的 PMSM調速系統設計 23 當發(fā)光二極管被遮住的時候，光敏管產生邏輯“ 0”的信號。這樣，兩個光敏管會產生 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 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 。 正交解碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得電機轉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，對光電碼盤脈沖進行計數，進而計算出轉速。設與電機同軸連接的光電碼盤每旋轉一周，輸出脈沖數為 P(個／ r)，電機轉速為 n(r／ min)檢測時間為 T(s)， T內的計數脈沖為 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速的一種測速方法。時間的測量是使用一個計數器對頻率一致的時鐘脈沖進行計數，由時鐘頻率和計數值就可求出時間，繼而算出轉速的測量值。 設時鐘頻率為 f，光電編碼器每轉輸出 P個脈沖，兩個脈沖間的計數值 m，則光電脈沖周期 T為 fmT? (32) PT60Pmf60n ?? (33) T法測速法，轉速越高，測量計數值 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內光電編碼器輸出的脈沖數 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 m2，測速公式為 mPmf60n 21? (34) RS232轉 SCI通訊接口電路 本系統由于需要與 PC機通訊，本論文應用了 RS232專用的電平轉換芯片 MAX232，進行電平轉換。 MAX232是 ~，低功率的通訊收發(fā)器，具體電路