【正文】 ● 各通道的傳輸延時(shí)是匹配的。以地為參考的。特有的 HVIC技術(shù)使得它堅(jiān)固耐用 。 本文中分別采用 SPWM技術(shù)和 SVPWM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功率逆變，將由 TMS320LF2407 DSP芯片產(chǎn)生的 PWM信號(hào)經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)模塊 IR2132進(jìn)行功率放大、然后驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率管。 功率主回路是一 “交 直 交”變頻器，將工頻電源 (220V， 50Hz)通過整流橋臂整流為固定的直流電壓，然后利用由 IGBT模塊組成的具有正弦波脈寬調(diào)制功能的三相橋式逆變器，通過 PWM信號(hào)的控制，將直流電逆變成頻率和電壓可變的交流電。在交替導(dǎo)通和關(guān)斷的換相過程中，也不時(shí)地需要 DlD6續(xù)流二極管提供通路。 (2) 續(xù)流二極管 :在 IGBT模塊中，與每個(gè)逆變管反并接的續(xù)流二極管 DlD6的主要功能是 :為無功電流返回直流電源提供通道 。 交部分 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 42 (1) 逆變橋 :采用六單元的 IGBT CPV363M4K模塊來組成三相逆變橋，它把二極管整流橋整流后的直流電再“逆變”成頻率和幅值都可調(diào)的交流電，這是實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，是整個(gè)主電路的核心部分。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源的一段時(shí)間里，在電路內(nèi)串入限流電阻，作用是 :將電容器 CF的充電電流限制在允許的范圍內(nèi)。另外， 5OK的電阻在系統(tǒng)停止時(shí)為電容提供放電回路。濾波電容 CF的作用是 :除了穩(wěn)壓和濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路和逆變電路之間起去耦作用，以消除相互干擾，為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無功功率。整流電路為 3相橋式全波整流電路 . 設(shè)電源電壓 U2為 22OV，那么經(jīng)過整流后的平均直流電壓 Ud的大小是 :Ud= U2=198V。功率較大河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 41 的輸入電壓多采用單相 220V整流電路為三相橋式全波整流電路。 直部分 (1) 整流電路 :采用二極管不可控整流橋 IB01將單相交流電流為固定的直流電。 3)將光電碼盤的兩路信號(hào)接至輸入引腳 CAP1/QEP1和 CAP2/QEP2上，配置 CAPC0N寄存器，啟動(dòng) QEP電路。 要使 QEP電路工作必須完成如下的寄存器配置 : 1)需要的話，將期望的值裝入通用定時(shí)器 T2的計(jì)數(shù)寄存器 T2CNT、周期寄存器T2PR、比較寄存器 T2CMP。正交脈沖編碼電路可對這兩路信號(hào)的邊沿進(jìn)行檢測和計(jì)數(shù)，意味著電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周可檢測到 2021個(gè)邊沿信號(hào)，即產(chǎn)生 2021個(gè)脈沖。 圖 31 正交編碼脈沖信號(hào)圖 對于我們所采用的帶有嵌入式光電編碼器的交流永磁伺服電機(jī)來說，它每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)光敏管就會(huì)產(chǎn)生 500個(gè)脈沖。 這樣，將光電編碼器產(chǎn)生的 A、 B兩路信號(hào)分別接入 QEP的兩個(gè)輸入端，經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐渲?，就?以對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置信息進(jìn)行測量。在用戶程序中可以方便地讀取當(dāng)前的計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)方向，即電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)向。 QEP電路可實(shí)現(xiàn)鑒相和 4倍頻功能，能自動(dòng)識(shí)別由外部引腳 CAPI/QEPI、CAP2/QEP2上輸入的正交編碼脈沖的方向，記錄脈沖的個(gè)數(shù)，并可以得到輸入信號(hào) 4倍頻的脈沖信號(hào)，這為伺服控制的實(shí)現(xiàn)提供了方便。這樣，兩個(gè)光敏管會(huì)產(chǎn)生 A、 B兩路相位相差 900的正交信號(hào)。 圖 310 增量式光電編碼器和正交編碼脈沖 (QEP)電路原理圖 在光電碼盤上均勻分布著 500個(gè)光電孔，當(dāng)光透過光電孔的時(shí)候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 1”的信號(hào) 。 在本設(shè)計(jì)的伺服裝置中， 光電編碼器 500, 根據(jù) mstnom g 1000202160 ??? omg ， 速度控制周期為 1ms,所以 omg=30n ,用定時(shí)器 2負(fù)責(zé)光電脈沖 m1,根據(jù)兩次 m1的差值再與 omg比較，進(jìn)行 PI控制 . 圖 39 M/T測速原理 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 39 對于交流永磁伺服電機(jī)來說，通常在電機(jī)內(nèi)嵌入光電編碼器用來進(jìn)行速度和位置的測量。由于這種方式高速脈沖間隔極短會(huì)造成在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)精度降低，因此我們采用了 M/T法，兼有 M法和 T法的優(yōu)點(diǎn)，在高速和低速段都可獲得較高的分辨率。 M法通過計(jì)數(shù)裝置記取規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖數(shù)來計(jì)算速度 .這一方法在低速時(shí)由于脈沖數(shù)少 而使得檢測精度降低。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 38 現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的是采用脈沖編碼器作為檢測器件，與傳動(dòng)軸連接，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一周便發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，微機(jī)通過對計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對頻率和周期進(jìn)行測量，即可以間接得到軸上的轉(zhuǎn)速，由于其有比較高的精度，通常應(yīng)用在高精度控制系統(tǒng)中。 由 LEM模塊檢測的電流送入 TMS320LF2407 DSP控制器內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 LEM模塊使用方便，電流過載能力強(qiáng)，且整個(gè)傳感器已模塊化，套在被測母線上即可工作。而后者把互感器，磁放大器，霍爾元件和電子線路集成在一起，具有測量，反饋，保護(hù)三重功能 .我們采用后者。目前利用霍爾效應(yīng)檢測電流有直接檢測式霍爾電流傳感器和磁場平衡式霍爾電流傳感器 (LEM模塊 )。檢測電路如下 : 圖 38電流檢測電路 霍爾元件具有磁敏特性，即載流的霍爾材料在磁場中產(chǎn)生霍爾電勢。然而，在一定的條件下，這種測量方法變得很困難，甚至由于硬件的限制是不可能進(jìn)行測量的，如當(dāng)采用智能功率模塊 (IPM)組成逆變橋時(shí)，就沒法使用電阻器進(jìn)行相電流的測量。電流采樣必須實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確可靠，這對實(shí)現(xiàn)控制性能是必須的。 TMS和 TDI輸入緩沖器應(yīng)具有上拉電阻連接到 VCC，以便在未連接仿真器時(shí)這些信號(hào)保持在己知數(shù)值。仿真信號(hào) TMS、 TDI、 TDO、 TCK_RET通過同一個(gè)封裝內(nèi)的器件緩沖。在仿真器和 JTAG目標(biāo)系統(tǒng)之間提供高質(zhì)量的信號(hào)是極為重要的，用戶必須提供正確的信號(hào)緩沖，測試時(shí)鐘輸入以及多處理器的內(nèi)部連接，以確保仿真器和目標(biāo)系統(tǒng)良好工作 . 當(dāng)仿真管腳和 JTAG之間的距離大于 6英寸時(shí)，那么仿真信號(hào)必須經(jīng)過緩沖當(dāng)仿真管腳 和 JTAG之間的距離小于 6英寸時(shí)，那么仿真信號(hào)就不必經(jīng)過緩沖。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 36 JTAG 接口電路 JTAG目標(biāo)器件通過專用的仿真端口支持仿真，此端口由仿真器直接訪問并提供仿真功能。復(fù)位操作保 證器件有一個(gè)有序的啟動(dòng)順序。其中前復(fù)位引腳需要一個(gè)有效的低電平脈沖作為引腳上的外部復(fù)位脈沖，通常寬度不低于 SYSCLK時(shí)鐘周期的脈沖，以保證 DSP芯片能夠識(shí)別。復(fù)位引腳有效。軟件產(chǎn)生的復(fù)位 。 控制系統(tǒng)采用開關(guān)電源供電，開關(guān)電源輸出的 5V直流電經(jīng) TPS7333變換后 成為系統(tǒng)需要的 。它的輸出電流范圍從 0mA到 500mA，可提供 ，能夠滿足 DSP對供電電源的要求。 TPS7333 是 德州儀 器公司出品 的 雙 輸出LDO(LowDropout低漏失 )高精度數(shù)字穩(wěn)壓電源。其外設(shè)部分 (包括 ADC)的壓也是 ，但是需要單獨(dú)供電。當(dāng)存儲(chǔ)器使用片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)， CPU可以在同一周期內(nèi)執(zhí)行程序取、數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫這三類操作 :當(dāng)存儲(chǔ)器使用片外存儲(chǔ)器時(shí)，由于外部接口把內(nèi)總線多路復(fù)用至一組地址或一組數(shù)據(jù)總線，所以外部接口在確定這些操作的順序時(shí)，首先完成數(shù)據(jù)寫，其次數(shù)據(jù)讀，最后程序取。兩個(gè) 引腳分別接 DSP的 和引腳，如圖 34所示， D[115]接 DSP的 DID15引腳， A[115]引腳接 DSP的 AlA15引腳， 、 分別接到 DSP的相應(yīng)引腳。總之，通過 READY管腳建立等待狀 態(tài)， 以便 和低 速外 部存 儲(chǔ) 器器 件接 口。若使用河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 34 較慢的外部存儲(chǔ)器時(shí)，必須使用片內(nèi)等待狀態(tài)發(fā)生器，在訪問周期內(nèi)插入一個(gè)等待狀態(tài)，等待狀態(tài)一直持續(xù)到外部存貯器提供準(zhǔn)備就緒的信號(hào)才能解除。當(dāng)控制器訪問片外的存儲(chǔ)空間時(shí)這些引腳處于低電平狀態(tài)，外部存儲(chǔ)器就被選通工作。 TMS320LF2407最多可尋址 64K字的外部程序空間和 64K字的外部數(shù)據(jù)空間，本系統(tǒng)控制器在設(shè)計(jì)外部存儲(chǔ)器部分時(shí)也相應(yīng)地分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分設(shè)計(jì)。 除了支持片內(nèi)存儲(chǔ)器之外， LF24OX還提供通過外部存儲(chǔ)器接口模塊訪問外部存儲(chǔ)器的能力，該接口有 16根外部地址線、 16根外部數(shù)據(jù)線以及選擇數(shù)據(jù)、程序和 I/0空間的相關(guān)控制線。當(dāng)CNF=1時(shí)， 288字被配置為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (BO、 B2塊 )， 256字被配置為程序存儲(chǔ)器 (B1塊 ),由于 LF2407采用四級(jí)流水線工作，在流水線操作過程中， CPU在第三個(gè)時(shí)鐘周期中讀數(shù)據(jù)，并在第四個(gè)時(shí)鐘周期中寫數(shù)據(jù)。另外，還須在 LF24O7的 PLLF和 PLLF2腳上外接電阻 R1和電容 C1， C2，以組成 PLLF和PLLF2的濾波電路，如圖 33所示。其外部晶體振蕩器連接如圖 32所示。 TMS320LF2407的時(shí)鐘源還采用了鎖相壞技術(shù)，可以對外部時(shí)鐘源進(jìn)行倍頻得到非常穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)鐘。由于 DSP工作是由時(shí)河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 32 鐘為基準(zhǔn)，如果時(shí)鐘質(zhì)量不高，那么系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性就很難保證。 * 電源管理包括 3種低功耗模式 ，能獨(dú)立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。 * 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)。 * 16位的串行外設(shè) (SPI)接口模塊。 * 控制器局域網(wǎng)絡(luò) (CAN)。 * 看門狗定時(shí)器模塊 (WDT)。64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ) 器空間 。 * 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器 (LF24O7)總共 192K字空間 。16通道 A/D轉(zhuǎn)換器。3個(gè)捕獲單元 。當(dāng)外部引腳 PDPINTx出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉 PWM通道 。它們能夠?qū)崿F(xiàn) :三相反相器控制 。 * 基于 TMS320C2xx DSP的 CPU核，保證了 TMS320LF240x系列 DSP代碼和 TMS320系列 DSP代碼兼容 . * 片內(nèi)高達(dá) 32K字的 FLASH程序存儲(chǔ)器，高達(dá) /程序 RAM， 54字雙口RAM(DARAM)和 2K字的單口 RAM(SRAM)。在 TMS320系列 DSP的基 礎(chǔ)上， TMS320LF240xDSP有以下特點(diǎn)： * 采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使得供電電壓將為 ，減小了控制器的功耗 。 TMS320LF24Ox芯片作為 DSP 控制器 24x系列的新成員，是 TMS320C2021平臺(tái)下的一種定點(diǎn) DSP芯片。由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使數(shù)字信號(hào)處理理論的算法得以實(shí)時(shí)運(yùn)行， DSP芯片以其較高的性能價(jià)格比在全數(shù)字化的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中找到施展身手的舞臺(tái)。功率回路。從下圖可以看出系統(tǒng)主要有以下幾部分 :控制 器核心 TMS320LF2407。 EMUO、 EMUI、TCK、 TDI、 TDO、 TMS、 TRST等引腳接 JTAG口。 ADCIN08， ADCIN09分別對相電流 ia,ib進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 30 DSP 外圍電路設(shè)計(jì) DSP外圍電路包括時(shí)鐘電路、電源模塊與上電復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路以及JTAG接口電路。 （ 2）數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)且運(yùn)算速度快 TMS320LF2407采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有六條獨(dú)立、并行的數(shù)據(jù)和地址總線，極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力； 32位的累加器、 16位的硬件乘 法器和輸入、輸出數(shù)據(jù)移位寄存器相結(jié)合能快速地完成復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算；豐富的指令集系統(tǒng)、流水線的操作方式、 的指令周期使得系統(tǒng)的運(yùn)行速度特別快，指令執(zhí)行速度可達(dá)到 30MIPS。 TMS320LF2407 DSP 是 TI 公司 C2021系列 DSP 中的一款高性能芯片。PWM輸出通過光耦傳輸，使得傳遞 PWM控制信號(hào)時(shí)控制電路與功率電路隔離 。此端口由仿真器直接訪問并提供仿真功能 。以 CAN模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，通過總線接收對電機(jī)的控制信息 。 采用了 IGBT CPV363M4K模塊組成逆變橋來實(shí)現(xiàn)功率主回路直流到交流的逆變。該芯片的低成本、低功耗、高性能的處理能力對電機(jī)的數(shù)字化控制非常有效。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 28 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)提供的硬件設(shè)計(jì)以 TMS320LF2407為控制核心。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 T1,T2 賦值后，還要對其進(jìn)行飽和判斷。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 T1,T2值的計(jì)算可歸納為下面三個(gè)值的計(jì)算 . 定義 : 3/33/2233/22dadadX U T UY U U T UZ U U T U???????????????????? 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 26 在不同的扇區(qū)內(nèi) T1,T2按表 1賦值。. 3 0 , 1 , 0 。則 (218)式可以表示為 : ? ? ? ?4 4 6 6 0 0 0 7/ 2 / 2r e fTU T U T U T U T U? ? ? ? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 25 圖 29 SVPWM信號(hào)圖 空間矢量脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)