【正文】 TMS320F240X的C編譯器允許在編譯輸出的匯編語言中嵌入TMS320F240X的匯編指令。_c_int0函數(shù)在運行支持庫函數(shù)中，它通過調用main函數(shù)開始C程序。獨立的匯編代碼模塊主要用于實現(xiàn)TMS320F240X外設的初始化，C代碼模塊主要完成各變量的初始化，主程序的編寫，以及相關的中斷服務程序的編寫[30]。如果遵循函數(shù)調用規(guī)范和寄存器規(guī)范，C語言和匯編語言函數(shù)的接口是很簡單的。本課題的軟件設計采用最后一種方法。其程序運行速度是通常工業(yè)控制中使用的51系列和96系列單片機所無法比擬的。TMS320系列的哈佛結構(分離的程序和數(shù)據(jù)總線) [35]與它的專用數(shù)字信號處理指令相結合，提高了運算速度和靈活性。MAX7221具有SPI接口，它將SPI接口和7段共陰極LED驅動作在了一起。本文設計了利用SPI外接MAX7221構成的速度顯示模塊。SPI是一個高速、同步串行I/O口，它允許長度可編程的串行位流(1~16)以可編程的位傳輸速度移入或移出器件。 顯示電路目前控制系統(tǒng)微型化的要求越來越高，為了使數(shù)字處理系統(tǒng)微型化，必須舍棄常用的并行總線接口方案，采用只需少量引腳線的串行總線接口方案，SPI就是這樣一種串行總線的外設接口。由于TMS320LF2407A采用+，所以在MAX232與TMS320LF2407A之間加了TI公司提供的典型電平匹配電路。，該電路采用了符合RS232標準的驅動芯片MAX232，進行串行通信。如圖所示：圖中快速光耦驅動芯片TLP559引腳“PWM1”和“GND”接DSP輸出的某一路PWM觸發(fā)控制信號，引腳“Vo”接至IGBT功率管的柵極以控制其通斷。使用時將光電脈沖編碼器的A、B相通過高速光隔6N136與LF2407A的QEP1和QEP2相接。本文選用的是歐姆龍公司的光電脈沖編碼器，其型號為E6B2CWZ6C，它由5~24V電壓供電，有A、B、Z三輸出，其中A、B用于測速，他們的相位相差90176。其測量原理如下：DSP的事件管理器(EV)模塊含有一個正交編碼脈沖電路(QEP電路)，通過設置控制寄存器中該電路的使能位后，就可將光電碼盤輸出的兩路脈沖信號經(jīng)光電隔離處理整形后直接送入QEP單元的QEPQEP2引腳，經(jīng)內部譯碼邏輯單元產生內部四倍頻后的脈沖信號CLK和轉向信號DIR。所謂正交編碼脈沖是指具有90176。其最大優(yōu)點是測量精度高，線性度好，可以做到無接觸檢測等。 母線電壓檢測系統(tǒng)中直流母線電壓的檢測方法采用LEM電壓傳感器檢測法。借助于萬用表，調整R31，使得圖312中D點的電壓被精確調整到+，將這些值代入上式：上式為一線性關系，通過該式，可將VA的5~+~。對該部分的分析如下：式中VA、VB分別為圖中A、B兩點的電壓，, R31為可調電阻上半部分的阻值。電壓跟隨電路部分的輸出A點電壓范圍仍為5V~+5V。可以看到，該電平匹配電路是由電壓跟隨、反相加法電路和反相電路三部分組成。(以一路為例)。因此必須設計電平匹配電路將傳感器輸出的5~+~。TMS320LF2407A芯片內含10位單極性AD轉換模塊，AD采樣總共有16個通道，最小轉換時間為375ns，可實現(xiàn)對電機的三相電流采樣而無需進行相位補償。設計選用了西安天力傳感技術研究中心開發(fā)生產的GHAC053磁平衡式電流傳感變送器。 電流檢測電路及AD輸入電平匹配電路直接轉矩控制要求利用電動機的相電流來進行磁鏈和轉矩的計算，因此對電流信號進行實時、準確地采集就顯得非常重要。為了使兩電容電壓相等，在兩電容旁各并聯(lián)一個阻值相等的均壓電阻R1和R2 (300K)。整流模塊采用富士全橋整流模塊6RI30E120，它是由六個大功率整流二極管構成，其最大工作電流為30A，承受的反向電壓為1200V，使用該模塊能降低設計及調試電路的復雜程度，同時能提高可靠性。TMS320LF2407A內集成了死區(qū)調節(jié)電路，死區(qū)時間可在0~120 μs內變化。逆變器要求同一橋臂上下開關管始終有一個導通，另一個截止，而且必須互鎖。利用TMS320LF2407A提供的外部中斷可以方便地實現(xiàn)調速系統(tǒng)的這種保護功能。 6MBP50RA120的內部集成了功率芯片IGBT、檢測電路及驅動回路，不僅把功率開關器件(IGBT)和驅動電路集成在一起，而且還具有過流(OC)、短路(SC)、欠壓(UV)、過熱(TH)等保護功能和外部輸出的報警信號(ALM)，因而簡化了片外的驅動電路，減少了系統(tǒng)的故障率。IPM不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且還內藏有故障監(jiān)測電路，并可將監(jiān)測信號送給CPU。 功率電路設計功率電路由不可控整流模塊、濾波電路和逆變模塊組成，濾波電路消除來自電網(wǎng)的諧波干擾，提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力。接口電路主要包括顯示電路，保護電路主要包括過(欠)壓、過流、短路、溫度等保護電路。 硬件整體設計概述，整個系統(tǒng)按照功率電路和控制電路進行模塊化設計[29]。概括起來，LF2407A具有以下一些特點和資源[27][28]：采用高性能靜態(tài)CMOS技術，減小了處理器的功耗，40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns，從而提高了處理器的實時控制能力；基于TMS320C2XXDSP的內核，保證了TMS320LF2407A芯片的代碼與TMS320系列DSP代碼兼容；片內高達32K字的Flash程序存儲器，544字雙端口DARAM，2K字的SARAM；SCI/SPI引導ROM；兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個管理器模塊包括:兩個16位通用定時器，8個16位的脈寬調制PWM通道，可以實現(xiàn)三相反相控制、PWM的中心或邊緣校正，當功率保護引腳出現(xiàn)低電平時快速關閉PWM通道，防止擊穿故障的可編程的PWM死區(qū)控制，對外部時間進行定時捕獲的三個捕獲單元，片內光電編碼器電路，16通道的同步A/D轉換器。實際上，對于諸如自適應控制、卡爾曼濾波和狀態(tài)控制等技術，通過使用先進的控制算法，系統(tǒng)的性能會得到提高。每秒4000萬條指令(40MIPS )的處理速度，使LF2407A可以提供遠遠超過傳統(tǒng)的16位微處理器和控制器的性能。TMS320LF2407A芯片是為了滿足控制應用而設計的。事實上，TMS320C2000系列產品均是針對電動機控制專門用設計的。目前TI公司主推的DSP有：定點系列TMS320C2000，TMS320C5000；浮點系列TMS320C6000，其中TMS320C6000系列中也有部分定點DSP。： 系統(tǒng)硬件框圖 控制用芯片TMS320LF2407A簡介TMS320系列DSP是美國TI公司的產品。隨著微電子技術的飛速發(fā)展，在控制領域中廣泛使用的單片機在各方面性能得到了極大的提升，特別是DSP等高速處理器的出現(xiàn)，使許多算法可以使用軟件來實現(xiàn)，這為交流電機的控制提供了很大的靈活性[26]。仿真結果證明了本論文提出的模糊控制算法的有效性。由圖可以看出：模糊直接轉矩控制中，定子磁鏈的建立時間比傳統(tǒng)算法要快，轉矩建立也更快，這說明動態(tài)響應快，這從速度響應曲線上可以看出來，而且磁鏈脈動也小，因而電流形狀比傳統(tǒng)控制算法有所改善。 仿真結果分析 為了驗證模糊直接轉矩控制算法的有效性，用該算法對一臺感應電動機進行了仿真試驗，該控制算法的具體條件是：電機在轉速給定為1000rpm的情況下帶負載啟動，并在t=，系統(tǒng)仿真采樣周期取為50μs，仿真結果如下圖所示。 系統(tǒng)仿真模型圖(a)所示,(b)所示[25]：(a) 傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)仿真圖(b) 模糊直接轉矩控制系統(tǒng)仿真圖由圖可見,二者結構基本相似,只是在控制器上有所區(qū)別。sys(3)=0。 otherwise sys(1)=0。sys(2)=0。sys(3)=1。 case 6 sys(1)=1。sys(2)=0。sys(3)=1。 case 4 sys(1)=0。sys(2)=1。sys(3)=0。 case 2 sys(1)=1。sys(2)=0。function sys=mdlOutputs(t,x,u)u=round(u)。str=[]。sys=simsizes(sizes)。=1。=3。=0。,num2str(flag)])。 otherwise error([39。 case 3 sys=mdlOutputs(t,x,u)。S函數(shù)的設計非常簡單，但是可以實現(xiàn)非常復雜的功能，特別是可以將離散方程、差分方程和其它類型的算法直接運用到Simulink模塊中。S函數(shù)的運行是通過sys參數(shù)控制的，所以首先要編寫程序，程序的寫法有一定的格式。 S函數(shù)的設計在直接轉矩控制系統(tǒng)中，為了把模糊控制器的輸出(0，1，2，3，4，5，6)轉換成真正的逆變器開關量，如輸出3，則轉換成010等，就需要用到S函數(shù)。 逆變器仿真模型 電機模型電機模型采用Powlib模塊中的異步電動機。它是基于逆變器的開關狀態(tài)和直流電壓之間的關系得到、再經(jīng)2/3坐標變換器變換成。電壓型的逆變器，若三相負載的定子繞組接成星形，其輸出電壓的空間矢量經(jīng)Park矢量變換后的表達式為：其中，分別為三相負載繞組的相電壓。 逆變器模型在直接轉矩控制系統(tǒng)中，逆變器起著非常重要的作用，由模糊控制器輸出的開關狀態(tài)控制逆變器，決定了逆變器的電壓狀態(tài)，直接加到異步電動機的定子上。 轉矩和磁鏈仿真模型為了把磁鏈角變換到[0 2π]范圍內。 轉矩、磁鏈和磁鏈角的計算用Simulink來實現(xiàn)轉矩、磁鏈和磁鏈角估算模型非常方便。由圖可見，各輸入變量之間的連接采用“and”，連接權重（weight）為1。其它變量及隸屬函數(shù)的設定同樣處理。Current Variable（當前變量）項：設定論域范圍（Range）：1~1；其它是自動的。本文利用Simulink中的電力模塊（SimPowerSystem）和S函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)仿真。S函數(shù)使SIMULINK更加充實、完備，具有更強的處理能力。為了準確地把一個控制系統(tǒng)的復雜模型輸入給計算機，并進行進一步地分析與仿真，mathworks公司提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具：SIMULINK，它是實現(xiàn)動態(tài)建模與仿真的一個集成環(huán)境。MATLAB語言是一種基本不依賴于硬件機型的軟件系統(tǒng)，可以在幾乎所有硬件系統(tǒng)機上運行。 MATLAB及SIMULINK 簡介Mathworks公司的MATLAB仿真軟件是一種面向科學和工程計算的高級語言。其中，尤以交互式仿真語言MATLAB最受控制界的重視和歡迎。只要模糊規(guī)則選取得合適,輸入量離散化程度好，完全能夠實現(xiàn)異步電動機的模糊直接轉矩控制并具有良好的實時性。for m=1:a for n=1:b V((m1)*b+n)=M(m,n)。a=m(1)。 endendQ=S。 endendZ=MtoV(L)。 endendV=MtoV(U)。 end endendRR=w。for m=1:12%磁鏈角 for n=1:3%磁鏈偏差 for t=1:5 %轉矩偏差YY=Rmatrix(P(m,:),EQ(n,:),ET(t,:),N((m1)*15+(n1)*5+t,:))RR0=max(w,YY)。本文運用MATLAB求取每條推理規(guī)則對應的模糊關系矩陣，程序如下[22]：function RR=fuzzycontroltable(P,EQ,ET,N)YY=Rmatrix(P(1,:),EQ(1,:),ET(1,:),N(1,:))。制造控制表有兩種方法，一種是間接求取法，一種是直接求取法，這兩種方法本質上是一樣的，這里采用直接求取法。劃分的區(qū)間越多則計算精度越高但計算量大，反之則精度低但計算量小[21]。在計算控制表之前，先要對模糊量的論域進行離散化。第二種方法的計算精度沒有前者高，但其實現(xiàn)算法簡單，占用很少的計算資源，所以實時性很好。（2）離線計算求得模糊控制表，實際控制中通過查表來實現(xiàn)。本文采用最大隸屬度法來完成解模糊化過程，就可以得到最終的逆變器的開關狀態(tài)。第i條規(guī)則的作用強度為： 通過Mamdani的“取小”算子（min）模糊推理運算，可得第i條規(guī)則對應的控制決策：這里，和分別、和的隸屬函數(shù)。其中第i條規(guī)則表示為：這里，和表示各自的模糊子集。保持定子磁鏈為圓形比保持電磁轉矩為給定值更容易一些，因此在選擇控制規(guī)則的時候，當轉矩和磁鏈兩者的要求產生矛盾時應首先考慮轉矩的變化要求，在確保轉矩動態(tài)響應達到給定值的同時兼顧定子磁鏈的圓形軌跡。因為逆變器輸出僅為8個電壓空間矢量，在模糊化處理中，無需將模糊子集分得過細，模糊控制器的輸出為離散點，可用獨點模糊集表示，其論域n為，其中，n表示第n個電壓空間矢量，當n=0時，根據(jù)逆變器開關頻率最小的原則來選擇零矢量。第一個輸入變量為磁鏈偏差，對進行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱兞?，它包含三個模糊子集，其隸屬函數(shù)如圖所示；第二個輸入變量為轉矩偏差，對進行模糊化，則變?yōu)槟：斎胱兞浚鍌€模糊子集，其隸屬函數(shù)如圖所示；第三個輸入變量為磁鏈角，為了使磁鏈保持圓形，在范圍內被均分為角度為的12個區(qū)間， 的模糊子集為，其隸屬函數(shù)如圖所示。基于上面分析可以知道，模糊直接轉矩控制算法[18]原理和傳統(tǒng)DTC的原理相似，只是用一個模糊邏輯控制器代替了轉矩和定子磁鏈滯環(huán)控制器。模糊控制器使用模糊的方法把不同等級的轉矩和磁鏈偏差分成不同的模糊子集，把定子磁鏈角均分成角度為30176。3. 重心法這種方法針對論域中的每個元素，以它作為待判決輸出模糊集合的隸屬度的加權系數(shù)，再計算和對于隸屬度和的平均值，即 直接轉矩控制的模糊控制方法直接轉矩控制是通過選擇合適的空間電壓矢量來調節(jié)轉矩和定子磁鏈，在第二章傳統(tǒng)的直接轉矩控制算法中，在使用轉矩和定子磁鏈滯