【正文】 1) 程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)，并在系統(tǒng)中相應(yīng)設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線。它還具有非常高的采樣速率，使環(huán)路延遲最小，堪稱是業(yè)界最具競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字電機(jī)控制器。美國(guó)，I1(德州儀器)公司自1982年發(fā)明第一片DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)以來(lái)，最近又推出數(shù)字電機(jī)微控制器TMS320LF240x，該芯片對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制非常有用。而與異步調(diào)速相比，同步調(diào)速具有功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、效率高、控制性能好等方面的優(yōu)勢(shì)，因而在取代直流調(diào)速方面更有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不但學(xué)到了豐富的專業(yè)知識(shí)，而且導(dǎo)師廣博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作精神和對(duì)青年人孜孜不倦的教誨，將使我銘記心間，這些崇高的品德必將激勵(lì)我在今后的工作和學(xué)習(xí)。由于無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流機(jī)控制技術(shù)還處于發(fā)展階段，有些技術(shù)還不夠成熟，因此本文還存在一些不足的地方，如精度還不夠理想。整個(gè)系統(tǒng)省去了以往復(fù)雜的硬件電路，結(jié)構(gòu)緊湊，采用結(jié)構(gòu)更加合理的軟件實(shí)現(xiàn)了大部分功能，從而達(dá)到更好的效果。不同于傳統(tǒng)的利用傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，本文采用了反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，且減少了機(jī)械磨損和一定的費(fèi)用支出。 本文采用的是DSP作為控制系統(tǒng)的核心，與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)相比具有處理速度高，處理數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點(diǎn)。這些操作是通過(guò)調(diào)用“更新比較值或換向”字程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。ADC中斷子程序的框圖如圖38所示。值得注意的是，我們首先要調(diào)用GET_SPEED子程序，才能得到比較準(zhǔn)確的速度信號(hào)。PDPINT 與系統(tǒng)時(shí)鐘獨(dú)立，這也意味著，只要PDPINT 引腳變?yōu)榈碗娖?，PWM 的輸出就會(huì)變?yōu)楦咦钁B(tài)，直至PDPINT 的電平為高，與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)。所以在中斷服務(wù)程序中設(shè)置了一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器count 變量，初始值為0，每進(jìn)一次PWM 中斷其值加一，當(dāng)count=10 時(shí)，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)完后將count 值重新置0，進(jìn)行下一次速度調(diào)節(jié)等待。是整個(gè)系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵部分。 。減去PDPINT 偏移地址BCND PDPINT_ISR, EQ 。1) INT2 中斷由于 INT2 是由兩個(gè)中斷產(chǎn)生的，進(jìn)入該中斷服務(wù)程序后必須判斷此中斷是由哪個(gè)中斷產(chǎn)生的，從而轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序。將CAP 單元設(shè)為I/O 口SPLK 0FF00h，OCRBSPLK 0000h，PCDATDIRLACC PCDATDIR 。允許CAPINT 中斷LDP 0hCLRC INTM 。屏蔽所有的中斷LACC 0AhSACL IMR 。其中PWMINT 中斷、PDPINT 中斷產(chǎn)生系統(tǒng)中INT2， CAPINT 中斷產(chǎn)生系統(tǒng)中斷INT4 。在兩位置改變的時(shí)間間隔內(nèi)，如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不超過(guò)65535，則整個(gè)速度計(jì)算不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，否則計(jì)算所得的速度會(huì)與實(shí)際速度差別很大。定時(shí)器T2 為16 位的計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器，同定時(shí)器TI 一樣。2)系統(tǒng)參數(shù)、變量及各軟件模塊的初始化。設(shè)置PLL 單元，使DSP 在10MHz:的晶振輸入下，處理器以20MHz 的速度運(yùn)行。6)CURRENT_REG： 電流調(diào)節(jié)模塊，其功能是保證系統(tǒng)在合適的電流下運(yùn)行，其輸入是速度環(huán)的電流給定和電流采樣得到的當(dāng)前電流值，將給定電流與當(dāng)前電流采樣值進(jìn)行比較，并進(jìn)行調(diào)節(jié)（詳情參考第三章），其輸出為D_func 也即PWM 輸出的占空比。圖37 BLDC_3PWM_DRV 結(jié)構(gòu)圖 BLDC_3PWM_DRV module5)SPEED_REG： 速度調(diào)節(jié)模塊，其功能是保證電機(jī)以給定的速度運(yùn)行。系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由輸入的變量 cmtn_ptr_bd 決定。4) BLDC_PWM_DRV 此軟件模塊是PWM 波形生成模塊，主要用于產(chǎn)生三相功率變換電路的6 個(gè)功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，該模塊的輸入變量為：cmtn_ptr_bd：三相功率變換電路當(dāng)前的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，范圍0～5。同時(shí)此模塊還對(duì)位置傳感器來(lái)的信號(hào)進(jìn)行防抖動(dòng)處理，消除由于電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的誤操作。延遲時(shí)間的初值可根據(jù)式（314）來(lái)設(shè)計(jì)。使用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法時(shí)，由于轉(zhuǎn)速越低其相電壓越小，越不易測(cè)量，因此電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速一般不低于30 r/min。b)反電勢(shì)信號(hào)的相序是固定不變的，而非隨機(jī)的，保證電機(jī)有一個(gè)確定的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正確起動(dòng)。采用這種方式起動(dòng)，一方面使繞組中具有一定大小的反電勢(shì)信號(hào)，另一方面反電勢(shì)信號(hào)的相序是固定的而非隨機(jī)的，保證電機(jī)有一個(gè)確定的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正確起動(dòng)。如果連續(xù)N次檢測(cè)到開(kāi)路相的感應(yīng)電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，就切換到自控式狀態(tài)。第二步為起動(dòng)，按照所需的轉(zhuǎn)向依次改變逆變器功率器件的觸發(fā)組合狀態(tài)，同時(shí)用“端電壓法”檢測(cè)各觸發(fā)組合狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)路相的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，并通過(guò)提高PWM占空比逐漸提高電機(jī)的外施電壓。本系統(tǒng)采用預(yù)定位起動(dòng)方式。因此電機(jī)必須以他控式同步電動(dòng)機(jī)方式起動(dòng)、加速，最后切換至無(wú)刷電機(jī)狀態(tài)。以下是用式（311）計(jì)算的程序代碼：LT EK ；MPY K2 ；K2是Q12格式，LACC GIVE ；給定值SUB MEASURE ；減反饋值SACL EK ；保存偏差值LACC UK，12 ；LTA EK ；，Q12格式，MPY K1 ；k1是Q12格式，AP AC ；，Q12格式SACH UK，4 ；保存以上程序代碼只用10條指令。圖34模擬PI控制系統(tǒng)原理圖 The diagram of analog PI Control System Diagram采用DSP對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，使用的是數(shù)字PI調(diào)節(jié)器，而不是模擬PI調(diào)節(jié)器，也就是說(shuō)用程序取代PI模擬電路，用軟件取代硬件。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化。r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)。如果有電流環(huán)，由于電的時(shí)間常數(shù)較小，電流調(diào)節(jié)器會(huì)使受擾動(dòng)的電流很快穩(wěn)定下來(lái)，不至于發(fā)展到對(duì)速度產(chǎn)生大的影響。因?yàn)榇藭r(shí)速度調(diào)節(jié)器呈飽和狀態(tài)，其輸出信號(hào)一般作為極限給定值加到電流調(diào)節(jié)器上，電流調(diào)節(jié)器的作用結(jié)果是使繞組電流迅速達(dá)到并穩(wěn)定在其最大值上，從而實(shí)現(xiàn)快速加減速的電流限流作用。因此需要速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器?？偟膩?lái)說(shuō)，采用上述的無(wú)速度傳感器測(cè)速方法，其檢測(cè)性能(包括速度反饋值的精度和滯后時(shí)間)比有速度傳感器的測(cè)速方法要低一些，因此這類調(diào)速系統(tǒng)只能用于對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。此外，要縮短速度檢測(cè)的滯后時(shí)間，即減小。最小的檢測(cè)時(shí)間應(yīng)視DSP的運(yùn)算處理能力和程序的運(yùn)算量而定。當(dāng) 電角度: 電機(jī)轉(zhuǎn)速為: ……………………………（32） 將上式轉(zhuǎn)速n的單位化為，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 ………（33） 由于TMS320LF2407A DSP只能夠進(jìn)行16位的除法運(yùn)算，且運(yùn)算結(jié)果商存入累加器的低位，余數(shù)存入累加器的高位。下面只對(duì)對(duì)稱波形PWM波的產(chǎn)生進(jìn)行說(shuō)明。比較單元受比較控制寄存器和比較方式控制寄存器控制，通過(guò)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、空間矢量PWM的使用、PWM引腳輸出方式。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。如果在增計(jì)數(shù)時(shí)比較值大于周期值，而在隨后的減計(jì)數(shù)時(shí)會(huì)發(fā)生比較匹配，這時(shí)引腳仍然會(huì)發(fā)生正跳變，因此會(huì)產(chǎn)生輸出錯(cuò)誤。由圖32可見(jiàn)，在對(duì)稱PWM波形中，如果增計(jì)數(shù)時(shí)的周期值和比較值等于減計(jì)數(shù)時(shí)的周期值和比較值，PWM波的周期是周期寄存器周期值的2倍。b)對(duì)稱PWM波的產(chǎn)生將定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式改為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)方式就會(huì)得到對(duì)稱的PWM波形，見(jiàn)圖32。利用定時(shí)器、定時(shí)器周期寄存器和比較寄存器，就可以在這個(gè)引腳上得到一個(gè)所謂對(duì)稱的或非對(duì)稱的PWM波。因此，比較值要小于周期值。 圖31無(wú)刷直流機(jī)系統(tǒng)原理圖 The diagram of brushless system diagram PWM波的產(chǎn)生原理PWM波[4]是一種脈寬可調(diào)的脈沖波，用于交、直流電動(dòng)機(jī)的電壓控制。其中，ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器，通常采用PI算法實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)原理無(wú)刷直流機(jī)工作在由位置檢測(cè)器控制逆變器開(kāi)關(guān)管通段的“自控式”變頻方式下，逆變器的變頻是自動(dòng)完成的，并不需要控制系統(tǒng)加以干預(yù)及控制。其中CPUCLOCK它是由鎖相環(huán)時(shí)鐘模塊提供的最高頻率時(shí)鐘，為內(nèi)部CPU使用，DSP內(nèi)部所有的存儲(chǔ)器和任何直接與CPU總線直接連接的外圍設(shè)備，包括外部存儲(chǔ)器接口，都是用CPUCLOCK。采用封裝好的晶體振蕩器，這種方法使用方便，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。 實(shí)際應(yīng)用中，DSP的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較高，運(yùn)行過(guò)程中極有可能會(huì)發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，所以，在以后的工作中，為了克服上述問(wèn)題，硬件上必須做出相應(yīng)的處理。為使芯片初始化正確一般應(yīng)保證為低電平至少3個(gè)CLKOUT周期，即當(dāng)時(shí)鐘為20MHz時(shí)的600ns?？刂齐姍C(jī)起動(dòng)，通過(guò)按按鈕SW2，START信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?，送DSP的ADCIN04(I/O) 多功能口，通過(guò)程序?qū)DCIN04（I/O）口配置成I/O口，當(dāng)DSP檢測(cè)到START信號(hào)變低時(shí)，系統(tǒng)便開(kāi)始電機(jī)起動(dòng)程序。11)高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。7)控制器局域網(wǎng)(CAN)模塊。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流機(jī)、開(kāi)保證關(guān)磁阻電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)、多極電機(jī)和逆變器。2)片內(nèi)高達(dá)32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器。它將幾種外設(shè)集成到芯片內(nèi)，形成了真正的單芯片控制器，具有運(yùn)算速度在30MPIS以上、外設(shè)集成度高、程序存儲(chǔ)量大（片內(nèi)FLASH）、ADC模塊的轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)。同樣將OVERVOL信號(hào)送到DSP的引腳，就可以實(shí)現(xiàn)過(guò)、欠壓保護(hù)功能。所以，通過(guò)以上的分析我們可以得到如表21的真值表。同樣的原理應(yīng)用于過(guò)壓上，以比三相交流電正常供電電壓高10%（即幅值418V）時(shí)為過(guò)壓的標(biāo)準(zhǔn)線，即三相交流輸入電壓高于418V時(shí)（變壓器副邊電壓高于11V）為過(guò)壓。按照在10%的范圍內(nèi)作為正常來(lái)衡量，標(biāo)定電位器W3和W4,W3標(biāo)定欠壓，W4標(biāo)定過(guò)壓。電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，如果出現(xiàn)了欠壓的情況，電機(jī)將起動(dòng)不了，會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，從而對(duì)系統(tǒng)造成損壞。當(dāng)器件功率保護(hù)輸入引腳被置為低電平時(shí)，DSP內(nèi)部定時(shí)器立即停止計(jì)數(shù)，所有PWM輸出管腳全部呈現(xiàn)高祖態(tài)。由于TMS320LF2407A的A/D轉(zhuǎn)換單元輸入信號(hào)的電壓范圍為0～，而電流采樣信號(hào)比較小，所以需要進(jìn)行放大。過(guò)流檢測(cè)是為了防止電機(jī)過(guò)載、起動(dòng)或異常運(yùn)行時(shí)由于電流過(guò)大而對(duì)控制電路、功率逆變器和電動(dòng)機(jī)本體的損害而設(shè)計(jì)的。 電流檢測(cè)與保護(hù)電路對(duì)于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)無(wú)刷直流機(jī)，在任意時(shí)刻，只有兩相繞組通電，電流從一相繞組流入，再?gòu)囊幌嗬@組流出，電流大小與直流側(cè)電流大小相等。本系統(tǒng)中充分利用了DSP高效的運(yùn)算處理能力。因?yàn)槿绻鸕1過(guò)小則會(huì)造成對(duì)分壓電阻R2的短路，使其失去作用。如果經(jīng)很小的分壓比分壓，則進(jìn)入DSP的ADC模塊的電壓值更小從而帶來(lái)測(cè)量誤差，從而進(jìn)一步影響電機(jī)的起動(dòng)、換相。但是當(dāng)分壓比過(guò)小即過(guò)小時(shí)就會(huì)給控制算法帶來(lái)一定的測(cè)量誤差。圖中的為星型連接定子繞組的對(duì)地端點(diǎn)壓，R1,R2為分壓電阻，電容起濾波作用。反電勢(shì)檢測(cè)電路如圖27所示。濾波后的端電壓檢測(cè)信號(hào)與電機(jī)的中性點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，獲得反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。因此在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)有: …………………………………………（24）對(duì)于斷電的那一相，因此根據(jù)式（22），其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: ……………………………………………（25）所以，只要測(cè)量出各相的相電壓、根據(jù)式（24）計(jì)算出，就可以通過(guò)式（25）計(jì)算出任一斷電相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖25電動(dòng)機(jī)定子某一相電模型 The diagram of stator aphase model圖25給出了電動(dòng)機(jī)某一相的模型。 反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理三相無(wú)刷直流機(jī)每轉(zhuǎn)60o就需要換向一次，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)需要換向六次，因此需要六個(gè)換向信號(hào)。故這種方法又稱為端電壓檢測(cè)法。 常用的無(wú)位置傳感器位置檢測(cè)方法反電勢(shì)檢測(cè)法[10]對(duì)于常見(jiàn)的兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)工作方式，除了換向的瞬間之外，在任意時(shí)刻，電機(jī)總有一相繞組處于斷電狀態(tài)。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)的IGBT門極觸發(fā)采用的是日本東芝公司TA8316AS，通過(guò)大電流直接驅(qū)動(dòng)IGBT。s equivalent circuit由圖24可見(jiàn)，IPM[9]是一種包括反并聯(lián)續(xù)流二極管在內(nèi)的由IGBT組成的逆變器。IPM（Intelligent Power Module）智能電力電子模塊是電力電子集成電路PIC（Power Integrated Circuit）的一種。圖22交直變換電路結(jié)構(gòu)圖 The diagram of ACDC converter chart交直部分采用三相橋式不可控整流電路(電路圖如22所示)，用來(lái)提供電路所需的直流電壓。2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體的硬件電路可分為以下幾個(gè)部分:1) DSP控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2) 功率主電路設(shè)計(jì)3) 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)4) 故障處理保護(hù)電路設(shè)計(jì)。無(wú)刷直流機(jī)的電壓平衡方程式為： ………………………………