【導讀】機控制理論的發(fā)展，交流變頻調速技術取得了巨大的技術進步。同時，它能提高電機的工作效率，改善電機的工作性能以及減小工。本文介紹了基于DSP的異步電機交流變頻調速系統(tǒng)的研究和實現。本文給出了變頻調速系統(tǒng)的控制方案該變頻調速系統(tǒng)的硬件電路包括主電。路和功率電路等?？刂葡到y(tǒng)的軟件部分，以TMS320LF2407ADSP為核心設計了感。噪音小，不失為一套具有先進型、新穎性、實用性的控制系統(tǒng)。電動機按照供電電源的不同，分為直流電動機和交流電動機。這兩種電動機作為動力源的傳動系統(tǒng)，先后于19世紀晚期誕生。實現恒轉矩調速；在額定轉速以上時，只要保持電樞電壓恒定，這相對于交流電動機轉速的調節(jié)和控。制而言無疑是非常簡單易行的。的交流電動機卻只能在定轉速傳動系統(tǒng)中才可以得到應用。在此期間，雖然交流。工格局才被打破。同時由于直流電動本身結構上存在換向器和電刷這一致命弱。了電機的轉速和功率，不能滿足工業(yè)生產中某些特定場合下的工作要求；

　　

【正文】 可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，編碼鍵盤能夠由硬件自動提供與被按鍵對應的 ASCII 碼或其它編碼，但是它要求采用較多的硬件，價格昂貴，非編碼鍵盤僅提供行列矩陣，由程序來確定對應關系。本文中選用的 LCD 分辨率為 320 240 點陣，液晶內置控制器為SED1335，它是一款既能進行圖形顯示和漢字顯示控制的液晶控制器，內部集成 了西文字符，顯示的點陣為 5 7，可以根據用戶需求自建漢字字庫，顯示點陣為 16 16，簡潔實用的軟件控制命 令來設置顯示模式， 8 位并行的數據傳輸方式，工作電壓為 +5V。它的接口電路如圖 所示。由于 2407A 工作電壓為 ，當它與 SED1335 進行數據傳輸的時候需要進行電平轉換，所以電路中加入了兩片 LVC4245 芯片，分別用于控制總線和數據總線的電平轉換 ： 圖 LCD 接口電路圖 鍵盤電路采用 2 3 矩陣鍵盤電路設計，接線示意圖為圖 。將 2407A 的A 口定義為 I/O 口，行線 IOPA IOPA7 定義為輸出口， IOPA IOPA IOPA5定義為輸入口。硬件延時消抖電路采用阻容濾波電路，具體 電路參見附錄 B。 2 3 的按鍵數為 6 個，設置為功能鍵，分別為光標上、光標下、光標左、光標右、確定、取消，具體的按鍵編碼對照圖 中的標號列成表格 。鍵盤編碼的規(guī)則為先行線全掃描，確定按鍵 3 的鍵碼，然后 IOPA6 輸出低電平掃描確定按鍵 6 的鍵碼值。 表 鍵盤編碼表 圖 鍵盤電路示意圖 鍵盤電路采用 2 3 矩陣鍵盤電路設計，接線示意圖為圖 。將 2407A 的A 口定義為 I/O 口，行線 IOPA IOPA7 定義為輸出口， IOPA IOPA IOPA5定義為輸入口。硬件延時消抖電路采用阻容濾波電路，具體電路參見附錄 B。 2 3 的按鍵數為 6 個，設置為功能鍵，分別為光標上、光標下、光標左、光標右、確定、取消，具體的按鍵編碼對照圖 中的標號列成表格 。鍵盤編碼的規(guī)則為先行線全掃描，確定按鍵 3 的鍵碼，然后 IOPA6 輸出低電平掃描確定按鍵 6 的鍵碼值。 三、快速閃存 RAM 由于整個系統(tǒng)在調試開發(fā)階段，程序不能靠寫一次燒一次來進行調試，因 此在外面還必須加上快速閃存，這樣就可 以解決調試的問題，閃存需要快速的原 因是 DSP 的指令周期為 50ns?？焖匍W存由一片 8位 16K 快速 RAM 構成 16K 的程序存儲器，芯片型號是 CY7C1021，因為 DSP 的指令時間是 50ns，因此本 系統(tǒng)采用存儲時間為 25ns 的快速 RAM 作為調試時用的程序存儲器，在調試結束后這四片存儲器可以從系統(tǒng)中剔除，并把程序固化到 DSP 內部的 FLASH ROM 中。 小結 本章主要闡述了 變壓變頻 控制變頻調速系統(tǒng)的硬件設計，包括主電路和控制電路。詳細介紹了各個電路的設計和實現。因為主電路工作在高壓下，而控制電路工作在低 壓下，所以要做好隔離工作，以免電網的高次諧波干擾對電子器件的損壞。另外， DSP 工作頻率很高，所以布線的時候必須考慮高頻千擾?？傊布O計好壞是本系統(tǒng)成功的關鍵因素，在考慮性能價格比的同時，更應該考慮電路 工作的可靠 。 5 系統(tǒng)軟件的設計和實現 SPWM波形生成原理與控制算法 SPWM 技術目前已經在實際中得到非常普遍的應用。經過長期的發(fā)展，大致可分為電壓 SPWM、電流 SPWM 和磁通 SPWM(也稱電壓空間矢量 PWM)。其中電壓和電流 SPWM 是從電源角度出發(fā)的，而電壓空間矢量 PWM 是從電動機角度出發(fā) 的。 本文主要介紹電壓 SPWM 技術， 它 是電壓 SPWM 信號的生成技術，產生電壓 SPWM信號的方法分為硬件法和軟件法兩類。 硬件法中最實用的是采用專用集成電路，如 HEF475 SLE4520 以 及 SA4828等。 軟件法是使電路成本最低的方法，它通過實時計算來產生 SPWM 波形。但是實時計算對控制器的運算速度要求非常高， DSP 無疑是能滿足這一要求的性價比最理想的控制器。 電壓 SPWM 信號實時計算需要數學模型。建立數學模型的方法有多種，例如諧波消去法、等面積法、采樣型 SPWM 以及由它們派生出來的各種算法。本文采用的 是對稱規(guī)則采樣法 和異步調制方式 。 生成 SPWM 波的數學模型 對稱規(guī)則采樣法是以每個三角波的對稱軸 (底點對稱軸 )所對應的時間作為采樣時刻。過三角波的對稱軸與正弦波的交點 作平行 t軸的平行線，該平行線與三角波的兩個腰的交點作為 SPWM 波“開”和“關”的時刻，如 下 圖 所示。因為這兩個交點是對稱的，所以稱為對稱規(guī)則采樣法。 圖 對稱規(guī)則采樣法 下面推導其數學模型。設三角載波 CU 幅值為 1，正弦調制信號為sinrrU M wt? ，其中調制度 0M 1。從圖 可以看出，△ ABC∽ △ EDA，故有 : 21 sin 222rCM w ttT? ? （ ） 由式 （ 51） 可得取樣時刻 SPWM 脈沖的頻寬 : ? ?2 1 sin2C rTt M w t?? （ ） 脈沖兩邊的間隙寬度為 : ? ? ? ?1 3 21 1 s in24 CCrTt t T t M w t? ? ? ? ? （ ） 生成 SPWM 脈沖中各參數的計算 ，而且設載波頻率為已知，根據輸入的調制波頻率可得 ： 載波比 :N=fc/fr （ ） M 由（ 52）式可知 SPWM 脈沖的脈寬 t2與調制度 M 成正比，而脈寬又決定了SPWM 脈沖序列的基波電壓的幅值，即 M 決定了變頻器正弦電壓的幅值。因此在恒 U/f 調頻調壓時有 : rM A f?? （ ） 式中 A為常數。 c. 各取樣時刻 t 的正弦函數 sin rwt 如圖 所示，異 步調制使正弦調制波 rU 上升段的過零點與三角載波 CU 下降段過零點重合，并把該時刻作為零時刻。本設計 對稱規(guī)則采樣法的采樣時刻是在每個三角波的負峰值處，所以各采樣時刻 4CC Tt kT??(k =0,1,2，， 1N? ),這里 k =0 對應第一個采樣時刻，各采樣時刻的正弦函數為 11s i n s i n 2 s i n 244Cr r C Tw t f k T kN??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? (k =0,1,2，， 1N? ) （ ） 圖 各取樣時刻 t 的正弦函數 sin rwt 對于正弦函數， 可以預先計算出幅值為 1的正弦函數對應于各 k點的值，把計算結果制成表格，作 為基準正弦函數表，存于 FLASH 中，以備查用。 異步調制方式 本設計采用的是異步調制方式，使載波頻率固定不變，調整調制波頻率就可進行調速。它不存在同步控制方式所產生的低頻諧波分量大 的缺點。 DSP生成 SPWM波形 控制寄存器設置 控制寄存器是指為產生 SPWM 波而需要設置的事件管理器（ EVA）中的特殊功能寄存器。為了得到期望中的理想波形輸出，不但要求有正確的算法，正確地設置控制寄存器同樣也是極其關鍵的?？?制寄存器的設置順序為： 設置定時周期寄存器 T1PR。 設置動作控制寄存器 ACTR。 設置死區(qū)時間控制寄存器 DBTCON。 初始化 CMPRx(x= 3)。 設置比較控制寄存器 COMCON。 設置定時器 1 控制寄存器 T1CON。 在每個采樣周期重寫 CMPRx(x= 3)。 DSP 生成 SPWM 波的基本設計思想 利用 TMS320LF2407A 生成 SPWM 波的基本設計思想是利用 DSP 的事件管理器（ EVA）中的 3 個全比較單元、通用定時器 死區(qū)發(fā)生單元以及輸出邏輯來生成三相六路 SPWM 波，經 6個復用的 IO 引腳輸出， EVA 內部 PWM 生成電路框圖如圖 。 TMS320LF2407A 的定時器有 4 種工作方式，當以如圖 所示的持續(xù)向上 /下計數方式工作時，將產生對稱的 PWM 波輸。在這種計數方式下，計數器的值由初值開始向上跳增，當到達 T1PR 值時，開始遞減跳變，直至計數器的值為零時又重新向上跳增，如此循環(huán)往復。在計數器跳變的工程中，計數器的值都與比較寄存器 CMPRx(x= 3)的值作比較，當計數器的值與任一比較 寄存器的值相等，則對應的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉，如圖 ， 在一個 周期 圖 PWM 生成電路電路框圖 圖 對稱 PWM 波產生機理 內，輸出的方波將發(fā)生兩次電平翻轉。從圖 還可以看出插入死區(qū)時間后波形 的變化情況，死區(qū)的寬度從 0～ 12181。s 可調。系統(tǒng)中考慮到所用功率器件的開通和關斷時間，設定 PWM 波的死區(qū)時間為 ，只要在每個脈沖周期根據在線計算改寫比較寄存器 CMPR 的值，就可實時地改變 PWM 脈沖的占空比。 死區(qū)單元的工作原理是：它根 據全比較單元輸出的 PWM 信號作為輸入，根據其跳變沿來使能裝載 8 位減計數器， 8位減計數器的計數值由 DBTCON 的高 8位提供，時鐘由 CPU 輸入時鐘通過 DBTCON 的第 4位決定的預定標因子分頻后作為計數器時鐘，在計數器減計數到 0 前，比較器輸出為低電平封鎖與門。由此可以產生 PWM 信號死區(qū)。 PWMx( 5)信號的輸出根據 XDTPH 來決定， ACTR控制高有效時輸出 XDTPH ， 低有效時輸出 XDTPH 。 PWMx（ 6）信號的輸出根據 _XDTPH 來決定， ACTR 控制高有效時輸出 _XDTPH ，低有效 時輸出_XDTPH 。 DSP 的死區(qū)根據 ACTR 的高低有效性而改變，高有效時不允許上下管的控制信號同為高電平，低有效時不允許同為低電平。因此 DSP 死區(qū)時間對高、低電平開 通均有效。軟件產生死區(qū)只需將 DBTCON 的高八位載入一定數值，即可實現。死區(qū)控制寄存器結構圖如 圖 所示。 圖 死區(qū)控制寄存器結構圖 DSP 程序設定 第一，要確定 DSP中 EVA 的定時周期寄存器 T1PR 的值。在這里設定載波頻率為 20kHZ，載波周期為 Tc=50181。s,則 T1PR= 1～ 50Hz 變頻功能。 第二，為了提高計算速度，保證控制的實時性，預先計算好一周期 360 個采樣點的單位正弦值，按順序制成表格。 第三，考慮如何在線計算和改寫比較寄存器 CMPR 值的問題。在程序中根據輸 入的調制波頻率值和載波頻率值計算出載波比 N值 ,并根據 U/F 曲線確定調制度M 值。接下來計算出下一個載波周期時三個比較器的比較值， CMPR 的值的在線計算和改寫都在中斷服務程序里完成。進入中斷服務程序后，查表得到單位正弦表中下一個采樣點各相對應的正弦值，可以計算出各相的開通和關斷時間。并比較正負脈寬是否小于 3181。s 或大于 47181。s,如果小于 3181。s 則認為是窄脈寬，刪除該脈沖，如果大于 47181。s 則認為它的脈寬大小為 50181。s。 程序流程圖 控制策略的實現主要是靠軟件來完成的，所以說，軟件是實現控制策略的核心。本系統(tǒng)的軟件由 四 部分構成 :一、系統(tǒng)的初始化程序，主要 在系統(tǒng)啟動之前，把所有的寄存器內部值初始化 。二、系統(tǒng)的主程序， 系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)控制的核心，它主要包括系統(tǒng)的算法、系統(tǒng)控制的思路、對系統(tǒng)的實時監(jiān)視和控制。三、中斷服務子程序。它主要為故障 保護 中斷服 務 子程序 和定時器下溢、上溢、周期、比較中斷 服 務 子程序。故障 保護 中斷服務子程序的主要任務就是 :當控制系統(tǒng)出現意外或不可控的 情 況時 (過 、欠電壓保護， 過 、欠電流保護， IPM 故障保護 )， 那么 DSP 就會發(fā)生故障中斷，立即 封鎖 PWM 輸出， 關閉 逆變電路，并且顯示故障信號，便于及時的保護系統(tǒng)，使由于故障而引起的損失減小到最低；定時 器下溢中斷 服 務 子程序 是為了計算下一個載波周期時三個比較器的比較值。四、頻率輸入電路程序主要是提供調制波頻率值。各部分流程圖如下： （ 1）系統(tǒng)初始化流程圖 系統(tǒng)初始化主要有以下幾部分組成：所用變量，