【正文】 誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 T1 Z Y Z X X Y T2 Y X X Z Y Z 上表可以在向量圖中得到驗(yàn)證。 1 2 1 2121 2 1 21 2 1 2,T T T T TTTT T T T TT T T TT P W M???? ??若 則 、 保 持 不 變?nèi)?則 = ， =為 波 周 期 (3) 計(jì)算電壓空間矢量切換點(diǎn) TCm1,TCm2,TCm3 定義 : Ta=TT4T6/4 Tb=Ta十 T1/2 Tc=Tb +T2/2 則在不同的扇區(qū)內(nèi) TCm1,TCm2,TCm3根據(jù)下表進(jìn)行賦值 : 表 22切換點(diǎn)賦值表 TCm1,TCm2,TCm3 扇區(qū)號 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 Tcm1 Tb Ta Ta Tc Tc Tb Tcm2 Ta Tc Tb Tb Ta Tc 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 27 Tcm3 Tc Tb Tc Ta Tb Ta Tcm1,Tcm2,Tcm3基于的控制系統(tǒng)中，作為全比較寄存器的值，通過與定時器 計(jì)數(shù)寄存器的值進(jìn)行比較來產(chǎn)生 PWM。 TMS320LF2407芯片是有較高性能價格比的一種定點(diǎn) DSP芯片?？梢赃m用于多種控制策略?？刂葡到y(tǒng)的硬件構(gòu)成見圖 31 圖 31系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 29 主要包括 :TMS320LF2407微處理器及其外圍電路，主要負(fù)責(zé)控制策略和算法的實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生 PWM信號、響應(yīng)速度反饋等工作 。JTAG接口電路為仿真器與微機(jī)的接口電路，便于系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。檢測電路采用了價格較低的電阻器和價格較高但性能好的電磁隔離式霍爾傳感器兩套電路來檢測永磁同步電機(jī)的相電流 ia, ib，送入 DSP進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換并作相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)控制算法 。電源模塊 將開關(guān)電源提供的 +5V電壓變換為 +，為系統(tǒng)供電。具有以下幾個方面的特點(diǎn)： （ 1）資源豐富 具有多達(dá) 41個的通用、雙向數(shù)字 I/O引腳；兩個事件管理器 EVA和 EVB 包含了 4個通用定時器、 6個比較單元、 6個捕獲單元、 12路 PWM輸出電路和 4路正交編碼脈沖電路；串行外設(shè)接口模塊 SPI 可實(shí)現(xiàn) TMS320LF2407與其它 SPI 接口芯片之間的數(shù)據(jù)交換；串行通信模塊 SCI 和 CAN 控制器可實(shí)現(xiàn) TMS320LF2407與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換；可變周期的看門狗定時器和基于鎖相環(huán)的時鐘模塊提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性；片內(nèi) RAM單元可以存放程序運(yùn)行過程中的大量參數(shù)而無需外擴(kuò)數(shù)據(jù) RAM 32 通過DSP內(nèi)核將這六個中斷源加以擴(kuò)展 可使每一個中斷源同時掛接幾個外部中斷源 使得 DSP 能夠處理的外設(shè)硬件中斷將近 50個 具有很強(qiáng)的事件處理能力。 （ 3）功耗低 TMS320LF2407采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù) 供電電壓為 而且有多種低功耗工作模式 能充分而有效地降低系統(tǒng)功耗。系統(tǒng)中 DSP相關(guān)引腳的接法為 :PWM7PWM12引腳作為 PWM波 形發(fā)生輸出端， QEP1， QEP2為光電碼盤的兩路正交脈沖輸入。 CANRX， CANTX通過 CAN接口電路接總線，傳輸信息。 以 數(shù)字 信號處理器為 控制 核心的全 數(shù)字 控制 器硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。外圍接口電路 。 TMS320LF240x 芯片 DSP是數(shù)字信號處理器 (Digital Signal Processor)的英文縮寫，是伴隨著微電子學(xué)、數(shù)字信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新器件。成為全數(shù)字化交流調(diào)速系統(tǒng)的首選。 240x芯片為 C2xx CPU功能強(qiáng)大的 TMS320DSP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力。30MIPS河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 31 的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 33ns(30MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時控制能力。 * 兩個事件管 理器模塊 EVA和 EVB，每個包括 :兩個 16位通用定時器 :8個 16位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。PWM的對稱和非對稱波形 ?？删幊痰?PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖 。片內(nèi)光電編碼器接口電路 。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、多極電機(jī)和逆變器。64K字程序存儲器空間 。64K字 I/0尋址空間。 * 10位 A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間位 5OOns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個 8通道輸入 A/D轉(zhuǎn)換器或一個 16通道輸入的 A/D轉(zhuǎn)換器。 * 串行通訊接口 (SCI)模塊。 * 基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。 * 5個外部中斷 (兩個電機(jī)驅(qū)動保護(hù)、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷 )。 時鐘電路 TMS32OLF24O7的時鐘源可以來自外部時鐘信號或者振蕩器。一般 DSP系統(tǒng)中經(jīng)常使用外部時鐘輸入，因?yàn)槭褂猛獠繒r鐘時，時鐘的精度高、穩(wěn)定性好、使用方便。時鐘的倍頻是通過對寄存器 SCSRI的 119位的設(shè)置完成的。 圖 32 LF2407外接時鐘電路圖 本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)的時鐘頻率設(shè)在 30MHZ，采用的是外部 15MHz的晶振倍頻設(shè)置為 2。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 33 圖 33鎖相環(huán)外接濾波電路圖 DSP 外接 SRAM電路 TMS320LF2407芯片中 DARAM共有 544字可分為三個塊 :256字的 BO塊， 256字的 B1塊， 32字的 B2塊，當(dāng) CNF=0時 ,全部的 544字被配置為程序存儲器（ B0,B1,B2塊）。因此在一個時鐘周期內(nèi)可以訪問 DARAM兩次，完成數(shù)據(jù)的讀和寫，從而提高了 CPU的速度。只有當(dāng) TMS32OLF2407正在訪問映射至外部存儲器單元的地址范圍內(nèi)存儲單元時，外部數(shù)據(jù)和地址總線才有效。當(dāng)控制器訪問片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)空間時，引腳 (程序空間選擇信號 )， (數(shù)據(jù)空間選擇信號 )， (外部存儲器訪問有效選通 )，都處于高電平狀態(tài)，外部存儲器不工作。在與外部存儲器接口時，一定要考慮外 部存儲器的速度。如果需要一個以上的等待狀態(tài)，就需要產(chǎn)生相應(yīng)的等待狀態(tài)邏輯。 在硬 件實(shí) 現(xiàn)時 ， 采用 兩片SRAMIS61LV6416，分別作為數(shù)據(jù)空間和程序空間。 圖 34存儲器擴(kuò)展電路圖 TMS320LF2407在同一機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行程序取、數(shù)據(jù)讀和數(shù)據(jù)寫。 電源模塊與上電復(fù)位電路 LF2407的內(nèi)核是低功耗的 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 35 圖 35電壓轉(zhuǎn)換電路 控制 系統(tǒng) 供電 如圖 35所示 。在上電復(fù)位時，它可以產(chǎn)生一個長達(dá) 2OOmS的低電平復(fù)位信號足以滿足 2407的系統(tǒng)復(fù)位要求。此外它還集成有高精度的供電電壓監(jiān)視器，可以監(jiān)視調(diào)節(jié)器的輸出電壓，對 DSP能起到保護(hù)作用。 圖 36手動復(fù)位電路圖 在 TMS32OLF24O7中，有四種可能的原因會導(dǎo)致復(fù)位，即 :看門狗定時器復(fù)位 。非法地址引起的復(fù)位 。三個原因由內(nèi)部產(chǎn)生，另外一個是由受外部 引腳控制產(chǎn)生的。復(fù)位 (硬件或軟件啟動 )不必由 CPU仲裁，并且立即取得壓倒任何正在執(zhí)行指令看門狗定時器復(fù)位。圖 36所示的手動復(fù)位電路，確保在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時可方便地人工復(fù)位。 JTAG接口電路為仿真器與微機(jī)的接口電路，便于系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試。因此論文只給出大于 6英寸時的仿真接口的連接圖如圖 37所示。 EMUO和 EMUI信號必須有上拉電阻連接到 VCC，以提供小于 10μ S的信號上升時間。 圖 TMS320LF2407與 JTAG接口電路 電流 /轉(zhuǎn)速及位置檢測 電流檢測 電流檢測在永磁同步電機(jī)交流控制系統(tǒng)中，控制器需要及時準(zhǔn)確的知道繞組中實(shí)際電流的大小，以實(shí)現(xiàn)電流控制和電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。電流測量的方法有很多種，一種測量電流的河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 37 方法是使用簡單的、便宜的電阻器來進(jìn)行測量，當(dāng)然，這種測量方法比較復(fù)雜。在本系統(tǒng)中采用電磁隔離霍爾元件進(jìn)行電流檢測。霍爾電流傳感器是目前普遍采用的電流檢測及過流保護(hù)元件，其特點(diǎn)是測量精度高，線性度好，響應(yīng)速度快，電隔離性能好，它的工作原理是當(dāng)外電路供給其電流時，將產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場，垂直穿過霍爾元件，同時在信號電壓輸出端有霍爾效應(yīng)電壓UH，線性輸出。前者當(dāng)被檢測電流過大時 ，為不使磁路飽和，保證測量的線性度，必須相應(yīng)增大鐵芯的截面積，這就造成檢測裝置的體積過大。 LEM模塊通過磁場的補(bǔ)償，鐵芯內(nèi)的磁通保持為零，致使其尺寸和重量顯著減少。其響應(yīng)速度可以達(dá)到 3微秒，響應(yīng)速度快，是理想的電流檢測方法。 位置、速度檢測 許多運(yùn)動控制系統(tǒng)都需要有正、反兩個方向的運(yùn)動，為了對位置、速度進(jìn)行控制，必須測試出當(dāng)前的運(yùn)動方向、位置和速度。采用脈沖編碼器檢測轉(zhuǎn)速常用的方法有 :M法、 T法和 M/T法。 T法是通過采用記時器記取光電碼盤的相鄰兩個速度脈沖間的時間間隔來計(jì)算速度。 M/T法原理見圖 39，設(shè)所用測速脈沖經(jīng)整形后每轉(zhuǎn) PN個脈沖在測速時間 Tc=Td+△ T時間內(nèi)，測速脈沖記數(shù)值為 m1，時間基準(zhǔn)脈沖為 m2， 動機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 1260 efNfmN pm? 其中， PN為電機(jī)每轉(zhuǎn)反饋脈沖個數(shù)， fc為時間基準(zhǔn)脈沖頻率 。其工作原理是 :光電碼盤 (如圖 310所示 )一側(cè)的兩個光敏管受另一側(cè)發(fā)光二極管的控制。當(dāng)發(fā)光二極管被遮住的時候，光敏管產(chǎn)生邏輯“ 0”的信號。 TMS320LF2407 DSP控制器內(nèi)部的兩個事件管理模塊 (EVA、 EVB)各有一個正交編碼脈沖電路〔 QEP〕 ，本系統(tǒng)中使用 EVA 模塊的 QEP電路對電機(jī)光電編碼器脈沖進(jìn)行采集。具體的說， QEP單元能對輸入到CAPI/QEPI、 CAP2/QEP2引腳上兩路正交信號的上升沿和下降沿進(jìn)行捕獲，并根據(jù)兩路信號的相位關(guān)系自動判斷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并對捕獲的信號進(jìn)行加、減計(jì)數(shù)。電機(jī)的速度可由計(jì)數(shù)脈沖的頻率獲得。事實(shí)上，經(jīng)過配置， LF2407的河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 40 通用寄存器 Timer2可自動的對 QEP的脈沖個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。每產(chǎn)生一個脈沖信號，對于 A、 B兩路信號來說，共產(chǎn)生 4個邊沿，每路信號有一個上升沿和一個下降沿。 QEP電路是通過檢測 A、 B兩路 信號哪路超前，哪路滯后來確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的。 2)通過配置 T2CON寄存器，使通用定時器 T2工作在定向增 /減計(jì)數(shù)模式，時鐘源必須選擇正交編碼脈沖電路 QEP，并啟動定時器 T2。 功率主回路設(shè)計(jì) 功率主回路是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、驅(qū)動伺服電 機(jī)工作的強(qiáng)電電路，主要由整流電路、中間直流電路和逆變器三個環(huán)節(jié)組成，如圖 312所示。整流電路因變頻輸出功率大小不同而異，小功率的整流電路為單相全波整流橋 。一般采用三相 38OV電源。 圖 312功率主回路電路圖 (2) 濾波電容 CF:整流電路輸出的整流電壓是脈動的直流電壓，必須加以濾波，這要通過濾波電容來實(shí)現(xiàn)。因此，中間直流電路電容的容量必須較大，起儲能作用，所以該電容器又稱為儲能電容器。 (3) 限流電阻 RL與開關(guān) SL:由于儲能電容大，加之在接入電源時電容器兩端的電壓為零，故當(dāng)變 頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器 CF的充電電流很大，過大的沖擊電流將可能使整流橋的二極管損壞。開關(guān) SL的功能是 :當(dāng) CF充電到一定程度時，令 SL接通，將 RL短路掉。當(dāng)前常采用的逆 變管有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、大功率晶體管 (GTR)、可關(guān)斷晶閘管 (GTO)以及大功率場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)等。在逆變器工作的過程中，同一橋臂的兩個逆變管處于不停地交替導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)。 另外，在逆變器兩個橋臂的下端各有一個電阻，此電阻是用來檢測相電流的電阻傳感器，考慮到電阻的損耗以及采樣檢測值大 小的問題，我們通常取該電阻為 4OmΩ。 控制驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 控制驅(qū)動電路主要完成對 PWM (Pulse Width Modulation)信號的功率放大，以及對逆變器功率管的驅(qū)動功能。 功率驅(qū)動模塊 IR2132 IR2132是高電壓、高速度，用來驅(qū)動 MOSFET、 IGBT的功率驅(qū)動模塊，具有三個獨(dú)立的高電平、低電平輸出通道 。輸入邏輯與 5V的CMOS或 TTL兼容 。該功率模塊特點(diǎn)如運(yùn)算放大器通過外部的電流傳感器提供模擬反饋下 : ● 輸出門極驅(qū)動電壓信號為 1020V； 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 43 ● 低電壓時封鎖所有的輸出通道； ● 過電流時封鎖六個驅(qū)動信號； ● 具有獨(dú)立的半橋臂驅(qū)動能力 。 IR2132的引腳如圖 313所示，引腳定義由表格 31給出 : 圖 313 功率驅(qū)動模塊引腳圖 引腳 定義 門極驅(qū)動信號 HO1， 2， 3對應(yīng)的輸入信號 門極驅(qū)動