趙錦榮++趙霞++邊小軍++閆鍵++馮斌

[摘 ?要]介紹交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)及基本構(gòu)成，研究一種基于DSP的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作DSP控制板并進(jìn)行調(diào)試和性能測(cè)試

[關(guān)鍵詞]交流 ?調(diào)速 ?DSP ?研究

中圖分類號(hào)：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0114-01

1 交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)概述

1.1 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

相對(duì)于模擬系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：精心設(shè)計(jì)的微機(jī)控制系統(tǒng)能顯著的降低硬件成本;系統(tǒng)的可靠性得到了大大改善;數(shù)字電路基本上不存在溫漂問題，不存在參數(shù)變化的影響，可以設(shè)計(jì)統(tǒng)一的硬件電路，以適合不同的電機(jī)控制系統(tǒng);可以完成復(fù)雜的功能，反饋、校正、運(yùn)算、判斷、坐標(biāo)變換等。

1.2 交流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成

現(xiàn)代通用的變頻器主要采用二極管不可控整流和由全控型開關(guān)器件（如IGBT）或智能功率模塊（IPM -Intelligent Power Module）構(gòu)成的交—直—交電壓源型變頻器。

2 基于DSP的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制平臺(tái)的研制

要構(gòu)建一個(gè)完整的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，必須要有控制平臺(tái)，即含有DSP的核心控制板。它可以將電機(jī)的控制方法加以實(shí)現(xiàn)，發(fā)出PWM脈沖信號(hào)供IPM的觸發(fā)控制，能夠控制軟起動(dòng)電阻的斷開、連接，控制制動(dòng)電路能量的釋放，還能檢測(cè)IPM的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣由DSP控制板，IPM觸發(fā)板，主電路，以及檢測(cè)元件和電機(jī)幾部分才能構(gòu)成一個(gè)完整的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

2.1 電機(jī)控制中的模擬量檢測(cè)方法

由于DSP控制板主要用于電機(jī)控制，所以必須有模擬量的采樣和處理電路。由于實(shí)際信號(hào)的幅值和極性與DSP能夠處理的信號(hào)不符，所以必須進(jìn)行相應(yīng)的處理。電機(jī)控制中主要需要檢測(cè)的物理量有定子電流，直流測(cè)電壓，轉(zhuǎn)速信號(hào)等。

2.1.1 電流檢測(cè)

電流檢測(cè)可以使用電流互感器、分流器、霍爾傳感器等。使用較多的是霍爾傳感器，它利用霍爾效應(yīng)，把電流產(chǎn)生的磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)隔離，而且交直流均可以檢測(cè)，精度較好，但需要外接電源，價(jià)格較高。本文采用LEM電流傳感器，由于定子電流的最大值為，故選擇LA28-NP型多量程LEM傳感器，它可以通過改變?cè)边吚@組的匝比，來調(diào)節(jié)量程，應(yīng)用中為了給出較大的裕量，選擇量程25A，雖然比14A 大了很多，但后文給出了處理電路的解決方法。LEM傳感器的接法如圖2.1所示。

2.1.2電壓及轉(zhuǎn)速檢測(cè)

在應(yīng)用中直流側(cè)的電壓同樣需要檢測(cè)，用于過壓保護(hù)，回饋能量釋放，繼電器的吸合控制等。這里仍然采用LEM傳感器，利用宇波模塊，型號(hào)CHV-50P，其檢測(cè)電壓范圍0～1000V，原邊電流10mA，副邊輸出電流50mA，連接方法如圖2.3所示。

轉(zhuǎn)速的檢測(cè)：轉(zhuǎn)速的檢測(cè)可以采用軸編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)等，由于DSP內(nèi)含有與編碼器脈沖檢測(cè)電路配合的硬件電路，可以自動(dòng)辨別方向，所以采用軸編碼器。

2.2 DSP控制板的設(shè)計(jì)及功能說明

本文制作的LF2407A控制板主要包括如下幾個(gè)主要邏輯模塊和接口：

* LF2407A外部存儲(chǔ)器;

* 數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）接口模塊;

* 串行接口232，485;

* 指示燈和撥碼開關(guān);

* 片內(nèi)CAN總線接口;

* JTAG接口;

* 擴(kuò)展I/O接口等;

2.2.1 控制板電源設(shè)計(jì)

由于LF2407A芯片的供電電壓要求3.3V，所以在設(shè)計(jì)控制板時(shí)需要將5V電源變?yōu)?.3V給CPU供電，因此采用了TPS76833QPWP元件作為電源的轉(zhuǎn)換芯片，

2.2.2 TMS320LF2407A存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口

為了有足夠的空間用于程序的編制和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以及仿真調(diào)試的方便，控制板中附加了64K字的靜態(tài)程序RAM存儲(chǔ)空間和64K字的靜態(tài)數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)空間，在外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須考慮到等待狀態(tài)對(duì)外部存儲(chǔ)器的影響，片外存儲(chǔ)空間（程序、數(shù)據(jù)或I/O）的等待狀態(tài)是由等待狀態(tài)寄存器（WSGR）產(chǎn)生的?？刂瓢迳喜捎昧藘善?4K RAM CYC701021V，最快的存儲(chǔ)時(shí)間為10ns，基本上不用插入等待時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。只需將2407A地址線，數(shù)據(jù)線，以及程序存儲(chǔ)控制線，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制線與RAM連接即可。

2.2.3 ?I/O空間地址分配

地址的分配主要利用一片GAL16V8D實(shí)現(xiàn)，GAL的編程可以采用ABEL語言;參與地址譯碼的信號(hào)有，參與時(shí)序譯碼的信號(hào)有等，主要的外部I/O接口信號(hào)包括D/A轉(zhuǎn)換器，撥碼開關(guān)，LED燈，外擴(kuò)的I/O口等。它們的地址分配如表2.3所示。

有了上面的地址分配表就可以在實(shí)際編程中訪問這些空間了，在對(duì)外部I/O空間操作時(shí)，不僅要有地址上的配合，還要有時(shí)序上的配合。

2.2.4 ?數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

在電機(jī)控制當(dāng)中有些物理量需要實(shí)時(shí)的觀測(cè)，可以通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出。為了便于觀察，控制板中設(shè)置了四路12位的D/A轉(zhuǎn)換通道，輸出0～3.3V 單極性的直流電壓，利用芯片DAC7625，它由兩級(jí)緩沖器構(gòu)成，可以先將數(shù)據(jù)寫入4路相應(yīng)的緩沖區(qū)，最后同時(shí)輸出四路信號(hào)。可以按照以下的方法編制程序：首先分別向I/O映射空間的通道保持器（0000～0003H）寫入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)裝載到通道1～4。如果通道的輸出值沒有改變，則不必重新載入數(shù)據(jù)，不必按照一個(gè)給定的順序裝載緩沖區(qū)。然后向傳送寄存器（0004）中寫入任何一個(gè)值就可以將4個(gè)保持寄存器中的數(shù)據(jù)送到轉(zhuǎn)換器并輸出。

3 結(jié)論

本文主要研究了一個(gè)基于DSP的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)由不可控整流、PWM逆變的交直交主電路，以DSP 為核心的控制電路，模擬量的檢測(cè)和處理電路以及相關(guān)接口電路等組成，通過PWM脈沖信號(hào)能夠控制電機(jī)軟起動(dòng)電阻的斷開、連接，控制制動(dòng)電路能量的釋放，還能檢測(cè)IPM的保護(hù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，以滿足交流電機(jī)調(diào)速需要。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).第2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992