【正文】 電流采樣時(shí)間的選取對(duì)系統(tǒng)的性能有著重要的影響，本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn) 20kHz 的電流環(huán)，每 50μs 對(duì)電流采樣一次。 圖 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 總體框圖 DSP 程序 DSP 程序是整個(gè)系統(tǒng)軟件的核心組成部分，主要負(fù)責(zé)電機(jī)的起動(dòng)、電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的監(jiān)控和故障處理功能等。當(dāng)周期中斷到來時(shí)，立刻啟動(dòng) A/D 中斷，在子程序中，首先判斷速度環(huán)計(jì)數(shù)器的值來決定是否進(jìn)行速初 始 化 D S P寄 存 器初 始 化軟 件 變 量設(shè) 置 C A P 1 C A P 3為 I O 口 功 能判 斷 轉(zhuǎn) 子 位 置開 始恢 復(fù) C A P 1 C A P 3 的 捕獲 功 能開 A D C 中 斷 和 捕 獲中 斷中 斷 服 務(wù)子 程 序是 否 中 斷Y N邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 度調(diào)節(jié)，設(shè)置速度環(huán)周期為 60ms(所以計(jì)數(shù)器的周期為 1500)。 圖 軟件主程序框圖 首先初始化 DSP，配置所要用到的寄存器，定義并初始化變量，開啟捕獲中斷和A/D 中斷，其中 A/D 中斷是通 過定時(shí)器周期中斷來啟動(dòng)的，設(shè)置周期為 40μs，也就是 40μs 啟動(dòng)一次 A/D 中斷，讀取電流，進(jìn)行電流環(huán)調(diào)節(jié)。所用到的顯 示位數(shù)是四位。 K0是開始鍵， K1是加速鍵， K2是減速鍵， K3是停止鍵， K4是急加速鍵， K5是急減速鍵。實(shí)現(xiàn)何種功能靠有關(guān)的專用寄存器來選擇，且可以每個(gè)引腳獨(dú)立的選擇。在邊沿對(duì)準(zhǔn)方式中，載波周期 Tc的計(jì)算公 式為： ? ?2c te lW G LO A D sT F ???? （ ） 其中： WGLOAD — 16位值 ， Ftel — XTAL1管腳上的晶振頻率（ MHZ） 不考慮死區(qū)時(shí)間，輸出有效的時(shí)間 Toutput可用下式計(jì)算： ? ?2o u tp u t telW G LO A D sT F ???? （ ） 因此 ，改變 WG RELOAD的值不僅會(huì)改變 PWM的載波周期，而且也會(huì)改變PWM的占空比。這個(gè)外部事件還會(huì)產(chǎn)生一次 EXINT中斷。由于本實(shí)驗(yàn)所用的直流電動(dòng)機(jī)導(dǎo)通方式是兩兩導(dǎo)通，上下橋臂的 IGBT導(dǎo)通時(shí)間相差一個(gè)邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 狀態(tài)周期，所以不存在同時(shí)導(dǎo)通的危險(xiǎn)，也就是說不用設(shè)定死區(qū)時(shí)間。一般情況下，波的占空比是由控制寄存器 (WGON)、相位比較寄存器 (WG_COMPX) 和重裝載寄存器 (WG_RE LOAD)這三者決定的。該周期取決于WGesR ELOAD寄存器的值和操作方式。 TMS320F2407的波形發(fā)生器從功能上可分成三部分 :時(shí)基發(fā)生器、相位驅(qū)動(dòng)通道和控制電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 ① 直流側(cè)電壓信號(hào)是直接從主電路電位器上取得，所以比較器 N2A,N2C和電流保護(hù)電路中的是不共地 ，它們的地是主電路的主母線地； ② 為了把控制電路和主電路隔離，使用了光隔 ISOI； ③ 由于過壓和欠壓的一般持續(xù)較長的時(shí)間，所以無須信號(hào)保持和鎖定。若直流側(cè)過流現(xiàn)象發(fā)生，則反向輸入端的電壓高于正向輸入端，所以比較器的輸出變?yōu)榈碗娖?，由于比較器的輸出接到TMS320F2407的外中斷口。 圖 霍爾電流傳感器 霍爾傳感器有如下特點(diǎn)： ① 傳感器的輸入和輸出間具有良好的電隔離性，其絕緣耐壓大于 3KV； ② 傳感器是個(gè)人閉環(huán)系統(tǒng)，可以不失真的傳遞自直流到 100KHz頻帶內(nèi)的任何波形的電流； ③ 因?yàn)槭茄a(bǔ)償式測(cè)量，所以具有良好的精確度 (1%)和線性度 (≤ % 額定電流 )； ④ 傳感器磁 路幾乎是零磁通工作，動(dòng)態(tài)變化又是快速補(bǔ)償，所以傳感器是無電感性器件。沒有一套完整可靠的過流、過壓、欠壓、對(duì)地短路及缺相運(yùn)行等故障的保護(hù)電路，逆變器就無法向電機(jī)提供高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)電源，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行。 TLP250驅(qū)動(dòng)器不僅實(shí)現(xiàn)了控制電路和主電路在電位上的嚴(yán)格隔離，還起到了功率放大的作用。 圖 TLP250 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用電路 但是由于從成本的角度來考慮，本次課題沒有使用 EXB840[23]，使用比較經(jīng)濟(jì)的 TLP250,TLP250是一種適合于驅(qū)動(dòng) IGBT或 MOSFET的高速光電隔離器件。其應(yīng)用電路如圖 。若延時(shí)后短路依然存在則關(guān)斷 IGBT；否則把柵極電壓恢復(fù)正常。另外，柵極電阻要緊挨著 IGBT的柵極，驅(qū)動(dòng)電路到柵極的引線要盡量短，并采用絞線或同軸線。器件的開關(guān)速度快的特點(diǎn)將引起如下問題： (1) 由于電路雜散電感的存在，當(dāng)快速關(guān)斷器件時(shí)，容易引起關(guān)斷器件上產(chǎn)生尖峰脈沖和高頻震蕩； (2) 在器件快速關(guān)斷的 過程中，通過密勒效應(yīng)容易造成器件在關(guān)斷的過程中重新導(dǎo)通的現(xiàn)象，而可能引起逆變橋臂的瞬間短路； (3) 器件在快速關(guān)斷的過程中所出現(xiàn)的電壓快速上升可能造成寄生晶體管的導(dǎo)通，即鎖定現(xiàn)象，而造成關(guān)斷的失敗； (4) 在某種工作條件下，同一橋臂上的一管導(dǎo)通初期，將會(huì)流過另一管反并聯(lián)整流管的反向恢復(fù)電流，形成導(dǎo)通初期的電流尖峰，則器件的溫升增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞器件。若能量回輸?shù)倪^快、過大，泵升電壓將會(huì)高很多，會(huì)危及主電路的功率器件的安全。 另外當(dāng)電機(jī)由高速運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低速狀態(tài)，即進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài) (包括反轉(zhuǎn)階段的減速過程 )。 至于電容耐壓的選擇可按下式來定： CD C W MU K K U? （ ） CK 是耐壓安全系數(shù)，考慮到電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)直流電壓在無過大脈動(dòng)， CK 一般取～ 。若交流輸入電壓為 U，則交流峰值為 AtU 2 U 2 380 V 537 V? ? ? ? （ ） 直流側(cè)平均電壓值近似為： 2 3o f M333U U s in td t 5 3 7 V 5 1 3 V??? ? ? ? ? ???? （ ） 為了保證整流元件滿足最大負(fù)載，則環(huán)節(jié)平均功率經(jīng)驗(yàn)算式為 Paf = P M （ ） 其中 Kti = ， 、諧波損耗時(shí)的裕量系數(shù)。m直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由磁性材料構(gòu)成，具有很高的電阻率，可以忽略轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流。由此可見，由于直流電動(dòng)機(jī)的自同步性，可通過調(diào)節(jié)直流電壓來實(shí)現(xiàn)。所以機(jī)械特性曲線在接近堵轉(zhuǎn) (即轉(zhuǎn)速很低 )時(shí)，加快下跌，如圖 。實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)損耗中可變部分及電樞反應(yīng)的影響，輸出轉(zhuǎn)矩稍稍偏離直線變化。 （ 2）機(jī)械特性和調(diào)速特性 機(jī)械特性是指外加電源電壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，由方程式（ ）、（ ）和（ ）可知 Iacp=acpUUr?? eacpnKr （ ） T=KrIacp=KracpUUr?? eracpnKKr （ ） 圖 機(jī)械特性曲線 式 ()等號(hào)右邊的第一項(xiàng)是常數(shù) (當(dāng)不計(jì) △ U的變化和電樞反應(yīng)的影響時(shí) )。 （ 1）起動(dòng)特性 [19] 由方程式（ ）、（ ）、（ ） 可知，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，由于反電勢(shì)為零，因此電樞電流（即起動(dòng)電流）為 In=acpUUr?? （ ） 其值可為正常工作電樞電流的幾倍到幾十倍。m /A)； 在轉(zhuǎn)速變動(dòng)情況下，則有： L0 dwT T T J dt? ? ? （ ） 式中系數(shù)： J — 轉(zhuǎn)動(dòng)部分（包括電動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)子、傳感器轉(zhuǎn)子及負(fù)載）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ N對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，其電勢(shì) 平衡方程式為 : acp acpU E I r U? ? ? ? （ ） 式中 U — 電源電壓（ V）； E — 電樞繞組反電勢(shì) (V)； acpI — 平均電樞電流 (A)； acpr — 電樞繞組的平均電阻（ Ω）； 1 2 00ΘebeceaebuΘ1 2 00iaibibici32321216565434346 00開 關(guān) 管 導(dǎo) 通 順 序邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 U? — 功率器件的飽和管壓降 (V)； 對(duì)于不同的電樞繞組形式和換向線路形式，電樞反電勢(shì)均可表示為： eE Kn? （ ） 式中 n — 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min)； eK — 反電勢(shì)系數(shù) (V/r/min)； 由方程式 ()、 ()可知 a c p a c pE U U I rnK e K e? ? ??? （ ） 在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡方程式為： L0T T T?? （ ） 式中 T — 電磁轉(zhuǎn)矩 (N 圖 三相反電動(dòng)勢(shì)、電流與開關(guān)管導(dǎo)通順序關(guān)系圖 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 [17][18] 電動(dòng)機(jī)是一種輸入電功率、輸出機(jī)械功率的原動(dòng)機(jī)械。也可采用滯環(huán)電流控制策略，由控制電路產(chǎn)生給定頻率和幅值的電流參考信號(hào)，與實(shí)際電流檢測(cè)信號(hào)相比較，其偏差經(jīng)過滯環(huán)比較器，控制逆變器該相應(yīng)相上下兩個(gè)橋臂開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)功能。盡管三相定子電流都要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在直流環(huán)節(jié)只需一個(gè)電流傳感器就可完成這一功能，因?yàn)楸徽{(diào)節(jié)的總線電流幾在每一瞬間都是流經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)工作的相繞組的。在低速情況下，對(duì)于給定的電流幅值 Is 使角度 α 盡可能保持接近零，這樣就可使轉(zhuǎn)矩以及輸出功率達(dá)到最大值，相電流和反電動(dòng)勢(shì)波形保持同相位?？梢?，定子合成磁場(chǎng)在空間不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，步進(jìn)角為 600 電角度。二是電流調(diào)節(jié)，如 ()式所表示的那樣，在自同步運(yùn)行中使電流幅值與輸出轉(zhuǎn)矩成正比。 （ 3） 單片機(jī)部分的設(shè)計(jì) 單片機(jī)部分采用 89C51 單片機(jī)，主要設(shè)計(jì)人機(jī)接口進(jìn)行狀態(tài)的顯示和參數(shù)的設(shè)定，并提供故障報(bào)警功能。 ③ 必要的存儲(chǔ)器擴(kuò)展，保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)。 （ 1） DSP 部分的設(shè)計(jì) 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 DSP 部分的硬件設(shè)計(jì)主要是在 DSP 最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)。式 ()、式 ()分別表明反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比、轉(zhuǎn)矩與電流成正比，其與恒定勵(lì)磁的普通直流電動(dòng)機(jī)特性在形式上是相同的。 直流電機(jī) 具有很寬的弧形極面和集中定子繞組，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)定控 制 電 路驅(qū) 動(dòng) 電 路F V電 機(jī)P SV4D4V1 V6V6D6V2D2D5V5D3V3D1V1ACBEC邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 子每相繞組中產(chǎn)生的反電 動(dòng)勢(shì)可以相當(dāng)精確地以梯形波來模擬，理論上反電動(dòng)勢(shì)的每個(gè)半周波形的波頂是越寬越好 (≥ 2100 電角度 )，以盡可能增大輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性。則繞組 A、 C通電， A 進(jìn) C 出，電樞繞組在空間的合成 磁場(chǎng) Fa、此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 直流電機(jī)控制系統(tǒng)組成 當(dāng)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出磁極位置信號(hào)，經(jīng)過控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管 V V6 導(dǎo)通，即繞組 A、 B 通電， A 進(jìn) B 出，電樞繞組在空間的合成磁勢(shì)Fa。但僅這樣做還