基于dsp的永磁同步电机变频调速系统的实现

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1、基于DSP的永磁同步电机变频调速系统的实现徐建德，马瑞卿，郭绪猛(西北工业大学，陕西西安710072)摘要：研制了一种基于数字信号处理器TMS320LF2407A的低压永磁同步电机(PMSM)调速驱动系统，采用直接调节电机外加直流电压的方法实现调速。系统采用规则采样法，由纯软件实现正弦脉宽调制(SPWM)控制。文中介绍了转矩提升、恒压频比控制，给出了实现电路和软件流程。实验结果表明，该系统控制灵活，运行性能良好。关键宇：永磁同步电机；正弦脉宽调制；变频调速0引言’、‘。稀土永磁同步电机(REPM

2、SM)具有体积小、转矩大、效率高、转子损耗小等优点，在诸如数控机床、工业机器人、仪器仪表、电动车辆等设备中都已获得应用。目前，数字信号处理器(DSP)和功率电子器件的发展，为PMSM变频调速技术的实现提供了强有力的支持。本文设计了基于DSP芯片1MS320u戮07A的REPMSM变频调速系统，可实现电机的恒U／f比调速，其算法简单，控制灵活，是一种较为简单实用的方法。，：·，，1正弦波脉宽调制技术，正弦波脉宽调制(SPWM)技术就是以正弦波作为基准波(调制波)，由一列等幅的三角波(载波)与基准正

3、弦波相交，利用其交点来确定逆变器的开关模式，这样产生的脉冲系列可以使正弦波负载电流中的高次谐波成分大为减少。一般产生SPWM信号的方法可分为硬件法和软件法两类，硬件法就是采用专用集成芯片(如HEF4752、SLE4520、SA4828等)来生成SPWM信号；软件法就是以微处理器为控制核心，通过实时计算来生成SPWM信号，软件法可使电路成本最低。目前，采样型SPWM法分为自然采样法和规则采样法，其中规则采样法有对称规则采样法和不对称规则采样法两种。自然采样法和不对称规则采样法不适用由微处理器实现实

4、时控制，因此，本文采用对称规则法。它是以每个三角波的对称轴(顶点对称轴或底点对称轴)所对应的时刻tl作为采样时刻，过三角波的对称轴与正弦波的交点，作平行于时间轴t的平行线交与三角波，交点决定功率开关的导通和关断时刻。因为交点是对称的，所以称为对称规则采样法，如下图1所示：根据三角形相似关系可得：r丁I锄l=}(1一Msinwtl)1，(1)I‰l=等(1+Msintotl)．80．佥＼√L么<囊fl塑＼uf＼细●：)．Tc．￡图1对称规则采样法原理图上式中，tl为采样点时刻(这里为底点采样)，M

5、为调制度(M=Uc／Us)，脉冲宽度‰为：丁‰=2tonl=等(1+Msin0；t1)(2)二采样时刻t1只与载波比Ⅳ(载波频率与调制频率之比)有关，而与调制度M无关。在对称规则采样情况下，只要知道任意采样点t，就可确定这个采样周期的脉冲宽度‰。2总体方案及硬件框图图2为PMSM变频调速系统的原理框图，本文方案以DSP芯片TMS320LF2407A作为主控单元，以三相永磁同步电动机为被控对象设计了整套SPWM变频调速系统。本系统通过直接调节PMSM外加直流电压、并根据t／／f曲线实时改变电机频率

6、厂来实现恒压频比控制；同时PMSMTM$320LF2407l外部RAMl∞CAPI控制指令Bl，o：PDPINT,^’I保护电路l一A捌譬I状态指示pI／O莓。P上路WM叫受面}乖闽l通讯接口lGSCIADC图2系统原理框图低速起动时的起动转矩很低，造成电机带负载能力降低，经常出现堵转现象。为保证电机在起动时有足够大的起动转矩，系统在软件中设定最小起动电压u产1．3V，对应最小输出频率户1Hz，使电机起动转矩得到提升，达到系统平稳起动的目的。系统首先通过一个电位器对电源输入端电压进行采样，由高精

7、度线性光耦HCNR201隔离后，送入DSP的模数转换单元(ADC)得到电机速度给定信号^同时DSP内部根据控制指令送来的转向信号和采集的速度信号，按照一定的控制算法从DSP的EVA模块中输出三相六路SPWM信号，再通过光耦隔离传给驱动电路，由驱动电路控制逆变桥MOSFET管的导通与关断。同时，通过直流母线电流采样电阻将采集到的过流信号经放大隔离后送入DSP的PDPINT端，封锁SPWM信号的输出，关断主电路，实现系统电路的过流保护。电机的速度检测信号通过CAP端口送入DSP内部进行计算，然后在外

8、部LED上实时显示。3系统硬件电路3．1主功率及其驱动电路本系统三相桥式逆变器采用美国瓜公司高性能、高开关频率、低导通压降的快速功率器件IRF540(最大耐压100V，最大电流27A)，续流二极管采用超快恢复二极管2BFlE，如图3所示。驱动电路采用三相桥式逆变器集成驱动电路瓜2130，工作频率达50kHz以上，可驱动母线电压不高于600V逆变电路中的电压型功率器件。其内图3系统主电路部设计有过电流保护、欠电压封锁等功能，同时对同一桥臂上下两只功率器件的栅极驱动信号产生29s的互锁延时(死区时间