【導(dǎo)讀】流調(diào)速，已經(jīng)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了基于DSP的交流。異步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。非線性、強(qiáng)耦合的多輸入多輸出特點(diǎn)，討論了交流電機(jī)的矢量控制。路、存儲(chǔ)器電路、通訊以及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了控制板硬件原理圖和PCB圖。擾，對(duì)軟、硬件抗干擾措施進(jìn)行了討論。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了。明確的說明并表示了謝意。交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與

　　

【正文】 CE 以及 WE 同時(shí)為低電平的時(shí)候，選通該芯片并進(jìn)行寫操作。同樣 CE 以及 WE 同時(shí)為低電平的時(shí)候，選通該芯片并進(jìn)行讀操作。在此將使能端接地始終使能，就是始終選通芯片。 在存儲(chǔ)的時(shí)候，需要程序操作或者是數(shù)據(jù)操作兩種方式。所以要將使能信號(hào)和 DS(數(shù)據(jù)空間選通 )進(jìn)行一個(gè)邏輯選擇，接著就可以對(duì)外擴(kuò)展空間進(jìn)行程序或者數(shù)據(jù)的操作。而經(jīng)過一個(gè)邏輯門以后使能信號(hào)才能到達(dá) CY7C1021，由于芯片的速度很高，同時(shí)輸入進(jìn)來的地址信號(hào)就可能不被正確識(shí)別。因此使用了 A15來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。將 A15 地址線和 DS 相連接，當(dāng)需要使用程序空間的時(shí)候， DS輸出高電平，程序?qū)⒃L問高地址空間，相反，將訪問低地址的數(shù)據(jù)空間，這樣就實(shí)現(xiàn)了分開訪問的功能。 RAM 擴(kuò)展電路如圖 37 所示。 (2) EEPROM 擴(kuò)展電路 由于電動(dòng)變槳控制器經(jīng)常需要在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候改變參數(shù)或設(shè)置，并在調(diào)試完畢后將參數(shù)保存，這就要用到電 可擦寫的 EEPROM。 Xicor 公司的 X5043 是帶有4K 位 SPI 接口的 EEPROM，一個(gè)芯片同時(shí)具有四個(gè)功能：上電復(fù)位控制、看門狗定時(shí)器、電源電壓監(jiān)視和塊保護(hù)的串行 EEPROM 存儲(chǔ)器 [10]。該存儲(chǔ)器可讀 /寫 100 萬次，數(shù)據(jù)可保持 100 年。在此只介紹其 EEPROM 功能。 X5043 有多種封裝，有 5V 和 供電的型號(hào)。 TMS320LF2407A 采用 供電，因此本設(shè)計(jì)選擇 供電的型號(hào)。 18 1122334455667788991010111112121313141415151616D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA0D a t e : 20xx/ 4/ 9 S he e t of F i l e : G : \原理圖和庫 \ ..\ 大論文總體原理圖 C H D O CD r a w n B y :A05A14A23A32A41A544A643A742A827A926A 1025A 1124A 1221A 1320A 1419A 1518CE6OE41WE17B H E40B L E39NC28NC22NC23V S S12V S S34V C C11V C C33I / O 1638I / O 1537I / O 1436I / O 1335I / O 1232I / O 1131I / O 1030I / O 929I / O 816I / O 715I / O 614I / O 513I / O 410I / O 39I / O 28I / O 17C Y 7C 1021V C 33( 44)U5+ A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A 10A 11A 12A 13A 14DSD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D 11D 12D 13D 14D 15D 10C9C 12CSRDWE 圖 37 RAM 擴(kuò)展電路 引腳說明： 1 腳 (CS )為片選， 2 腳 (SO)為串行輸出， 3 腳 (WP )為寫保護(hù) (接高電平時(shí)不保護(hù) )， 4 腳為地， 5 腳 (SI)為串行數(shù)據(jù)輸入， 6 腳 (SCK)為時(shí)鐘， 7腳 (RESET )為復(fù)位輸出， 8 腳接電源。 X5043 和 DSP 的接口如圖 38 所示。 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 20xx/ 4/ 2 S he e t of F i l e : G : \原理圖和庫 \ E E P R O M .S C H D O C D r a w n B y :+ C 27+ R9+ C 25CS1SO2WP3V S S4V C C8R E S E T7S C K6SI5X 5043U9S P I S T ES P I S O M IS P I C L KS P I S I M O 圖 38 串行 EEPROM 通訊接口電路設(shè)計(jì) (1) CAN 通信接口電路 控制器局部網(wǎng) (CANController Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一 19 種有效支持分布式控制或?qū)?時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，隨著現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要監(jiān)測(cè)與控制的節(jié)點(diǎn)增多， CAN 總線以其實(shí)時(shí)性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)凸現(xiàn)了出來。 CAN 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制中可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)變槳控制器與變槳上位主控器之間的通信。針對(duì) TI 公司 TMS320LF2407A 內(nèi)嵌的 CAN 模塊的方便性和實(shí)用性 [11]，本設(shè)計(jì)采用了 CAN 總線進(jìn)行變槳控制器與上位主控制器的實(shí)時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，并根據(jù)各自郵箱的標(biāo)識(shí)符判別數(shù)據(jù)是接收還是丟棄。本設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性強(qiáng)，只需要在 CAN 總線上掛接帶有 CAN 模塊的控制器即可增加節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。 CAN 收發(fā)器選取了 SN65HVD230，該芯片是 TI 公司生產(chǎn)的 總線收發(fā)器，具有差分收發(fā)能力 [12]，最高速率可達(dá) 1Mb/s。在本設(shè)計(jì)中， SN65HVD230是用來驅(qū)動(dòng) TMS320LF2812 和物理總線間的接口，提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。將收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端 D 與 DSP 的 CANTX 相連，用于本 CAN 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到 CAN 網(wǎng)絡(luò)中；將收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端 R 與 DSP 的 CANRX 與相連，用于本節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。 RS 引腳為該收發(fā)器的方式選擇引腳，只需將 RS 接邏輯低電平就可以使其工作在高速模式，此時(shí)的通信速率達(dá)到最高，沒有內(nèi)部 輸出上升斜率和下降斜率的限制，但最大速率的限制與電纜的長度有關(guān)，本設(shè)計(jì)中將 RS 接地。由于 SN65HVD230 提供 電源供電，與 LF2407A 的供電電壓相同，因此不需要做電平轉(zhuǎn)換的處理。 CAN 總線電路如圖 39 所示。 1122334455667788D DC CB BA AV R E F5D1R4RS8V C C3C A N H7C A N L6GND2S N 65H V D 230U 11C A N T X / I O P C 6C A N R X / I O P C 71234C A NJ4+ + 47kR347kR5C 3712C O N 2J P 10 圖 39 CAN 總線電路 (2) RS232 通信接口電路 考慮到在變槳距控制器實(shí)驗(yàn)與測(cè)試階段可以將其與 PC 進(jìn)行串行通訊，在此設(shè)計(jì)了 RS232 的通信模塊電路。 TMS320LF2812 提供了串行通信接口 SCI 模塊，包括兩個(gè) I/O 引腳，分別是串行接收數(shù)據(jù)輸入引腳 (SCIRXD)和串行數(shù) 據(jù)輸出引腳 (SCITXD)。 SCI支持 CPU 20 與其他使用標(biāo)準(zhǔn) NRZ(非歸零 )格式的異步外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信 ， SCI 收發(fā)器是雙緩沖的，每個(gè)都有自己獨(dú)立的使能和中斷標(biāo)志位，兩者既可以獨(dú)立工作，也可以在全雙工模式下同時(shí)工作。通過對(duì)一個(gè) 16 位波特率選擇寄存器的編程，可得到64 K 種不同的波特率。對(duì)于 40MHz 的時(shí)鐘輸出，波特率最高可達(dá)到 2500Kb/s的速度。本設(shè)計(jì)中采用 MAX232 芯片作為控制器的異步串行通信轉(zhuǎn)換接口。MAX232 是符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的串行通信驅(qū)動(dòng)芯片，其低功耗關(guān)斷模式可以將功耗減小到 5μW 以內(nèi)。在設(shè) 計(jì)中需要注意的是，由于 RS232 是單 5V 供電器件，所以它同 DSP 間的信號(hào)線必須有電平轉(zhuǎn)換，此板采用的是 74LS2455。 RS232 的接口電路如圖 310 所示。 1122334455667788D DC CB BA AC 1+1C 13C 2+4C 25T 1I N11T 2I N10R 1I N13R 2I N8R 2O U T9R 1O U T12T 2O U T7T 1O U T14V s +2V s 6V c c16GND15M A X 232U 10V C C+.1uFC 36+C 42+C 40+C 38+C 41162738495D B 7J2S C I T X D / I O P A 0S C I R X DB I OW / R / I O P C 0 圖 310 RS232 接口電路 調(diào)理板電路設(shè)計(jì) 本課題中，信號(hào)調(diào)理電路板就是接受來自傳感器及編碼器信號(hào)的電路板，該電路板將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制板 A/D 能夠直接識(shí)別的信號(hào)后，送給控制板進(jìn) 21 行處理。 電流采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì) 電流檢測(cè)就是實(shí)時(shí)檢測(cè)三相交流異步電機(jī)的定子電流，將定子電流轉(zhuǎn)化成控制板所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。在矢量控制系統(tǒng)中，定子 電流的精度和實(shí)時(shí)性是整個(gè)控制系統(tǒng)精度的關(guān)鍵 ， 因此控制系統(tǒng)對(duì)定子電流的檢測(cè)對(duì)精度和速度的要求非常高，在本課題中采用萊姆公司 LTS 系列的 LEM霍爾電流傳感器進(jìn)行電流的檢測(cè)。 在此，電流采樣調(diào)理電路選取了運(yùn)算放大器 TLC2274，采用了雙減法進(jìn)行電流采樣。該芯片是 TI 公司用先進(jìn)的 LinCMOS 工藝制造、具有 RailtoRail 輸出能力、滿電源輸出幅度的高性能四運(yùn)算放大器，它比目前常用的 CMOS 運(yùn)放有更好的噪聲、功耗和輸入失調(diào)電壓性能。 TLC2272 所具有的低噪聲和高輸入阻抗非常適宜用于諸如電壓 /電流傳感器之類 的小信號(hào)的計(jì)算、放大。 本設(shè)計(jì)是將來自 LEM 霍爾電流互感器電壓信號(hào)先后施加到 TLC2274 的兩個(gè)減法電路上，第一路以互感器輸出電壓減去互感器采樣結(jié)果的中值參考電壓()，再線性放大到 ADS8364 采樣所要求的電壓范圍 (0~5V)。第二路則用中值參考電壓減去來自互感器的輸出電壓，同樣也線性放大到 A/D 采樣所要求的電壓。當(dāng)輸出電壓大于中值參考電壓時(shí)， TLC2274 的輸出端為 0~5V 的正電壓，在此采用二極管使電流不能注入到運(yùn)放中，這樣第二路運(yùn)放不能輸出負(fù)電壓，而是鉗位在 0V；當(dāng)互感器輸出電壓值小于中值參考電 壓時(shí)， TLC2274 的輸出為0~5V 正電壓，同樣可以采用二極管使第一路運(yùn)放不能輸出負(fù)電壓，鉗位在 0V。這樣，在一個(gè)正弦周期內(nèi)的某一時(shí)刻只會(huì)有一路信號(hào)輸出 0~5V 的電壓。兩路輸出中只有一路輸出值有效，但可以通過 DSP編程區(qū)分出有用信號(hào)。此外， ADS8364的采樣電壓通道允許電壓輸入范圍是 5V~+5V，因此需要加入兩個(gè) 5V 穩(wěn)壓二極管，對(duì)運(yùn)放輸出電壓進(jìn)行限幅。 A 相電流信號(hào)的采樣調(diào)理如圖 312 所示。 由于本課題的伺服電機(jī)三相繞組采用星形 (Y)接法，因而只需要對(duì)兩相電流進(jìn)行采樣，第三相電流可以通過簡單的計(jì)算獲得。 在本設(shè)計(jì)中， B 相與 A 相的采樣電路完全相同，兩相電流采樣就需要 4 路 A/D 通道，那么一片 TLC2274 就可以滿足需求。在控制板上， ADS8364 的 A0+、 A1+和 B0+、 B1+作為兩相定子電流的輸入引腳。 22 電壓采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì) 在本課題中，功率驅(qū)動(dòng)器的逆變部分選用集保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊 IPM。 IPM 內(nèi) 具 有過電壓，過電流和過熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到 數(shù)字控制板的 A/D 進(jìn)行處理。 直流母線電壓的大小與系統(tǒng)的安全直接相關(guān)，在每一個(gè)中斷周期檢測(cè)直流電壓大小很有必要。所以為了保證系 統(tǒng)的安全可靠，逆變器直流側(cè)的直流母線電壓也是信號(hào)采集板必須進(jìn)行采集的一個(gè)輸入量。此外，在不考慮逆變器死區(qū)效應(yīng)的情況下，交流側(cè)電壓可由直流電壓和開關(guān)狀態(tài)信息共同得到。采樣調(diào)理電路如圖313 所示。 1122334455667788991010111112121313141415151616D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA0D a t e : 20xx/ 4/ 8