永磁同步电动机矢量控制,硬件部分.doc

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1、3.1DSP芯片的基本特征数字信号处理器(DigitalSignalPrcessor)，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。自1979年诞生以来，短短二十年时间，DSP显示了巨大的应用潜力，在信号处理、通信、语言、图形图像、军事、仪器仪表、自动控制、家用电器等领域，得到广泛的应用，起着不可替代的作用，其主要应用特点是实时快速地实现各种数字信号处理算法。DSP一般具有如下一些特点：(1)在一个指令周期可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分离，可以同时访问指令和数据；(3)片具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

2、(4)具有低开销或大开销循环及跳转的硬件支持；(5)具有在单周期操作的多个硬件地址产生器，可以并行执行多个操作；支持流水线操作，使取值、译码和执行等操作可以重叠执行。在自动控制系统中，DSP的高速计算能力显示了比一般微处理器更多的优点，具有广阔的应用前景。利用DSP的高速计算能力可以增加采样速度和完成复杂的信号处理和控制算法，Kalman滤波、自适应控制矢量控制、状态观测器等复杂算法利用DSP芯片可以方便地实现。DSP的信号处理能力还可用来减少位置、速度、磁通等传感器，无传感器运行之所以成为可能。在自适应系统中，系统参数和状态变量通过状态观测器的计算

3、可采用DSP有效地实现。同样，由于高运算速度，DSP也可有效地用于神经之网络和模糊逻辑化地运动控制系统。在实际工程应用中，DSP的高速能力还可以消除噪声污染和不精确的输入及反馈信号数据，对要求速度较快的PWM控制算如空间矢量算法。3.2DSP在电机矢量控制中所起的作用(1)接收由光学编码器输入的两相增量数字脉冲信号A、B；a．将两相信号进行四倍频；b．形成位置信号C．形成速度信号d．根据两相信号边沿变化的先后次序，判别电机旋转方向。(2)根据光学编码器输人的信号A、B、U、V、W粗略确定和精确确定转子磁极轴线相对于A相绕组轴线的转角。(3)速度比较，

4、并给出转矩参数数据及作校正补偿计算。(4)接受模拟量的实际的三相电流，并将其作数字化处理，然后作三相／两相变换。(5)将电流命令信号与实际电流相比较，然后进行校正补偿处理，作三相／两相变换。最后确定PWM的脉宽系数，进而输出六路信号至功放级。(6)接受故障信号，执行中断，首先切断主电源，并同时中断PWM输出，发出中断命令，同时进行故障诊断，判别并输出故障种类信号至显示电路。3.3硬件系统总体结构本系统采用交-直-交电压型电路，如图5-1所示：主回路由滤波电路以及智能功率模块IPM逆变电路组成，控制部分以TMS320F2812DSP控制器芯片为核心，用

5、来完成电流环、速度环的算法实现、空间矢量PWM波形（SVPWM）的产生等，辅助电路由转子位置检测、电流检测、故障检测保护、键盘和显示等电路组成图5-1永磁同步电动机控制系统硬件框图图5-1中为一个具有转速和电流反馈的双闭环控制系统。系统参数可由键盘输入，DSP负责进行A/D转换、转子位置和转速的计算，应用矢量控制和SVPWM控制策略，生成PWM控制信号，再经过光耦隔离电路后，驱动IPM功率开关器件。DSP还负责系统的保护和监控，当系统出现过压、过流和欠压等故障时，DSP将封锁PWM的输出信号，以保护IPM模块。3.4主电路功率驱动电路主电路的作用是进

6、行能量转换和驱动伺服电机，主要由整流电路、中间直流电路和逆变器三个环节组成，如图5-2所示图5-2系统主电路该系统中，整流电路采用富士公司的IGBT模块7MBR10SA120，其含三相整流桥。整流电路为三相桥式全波整流电路，耐压高，可达1600V，输入是单相交流电，单相输入为220V，50Hz。整流电路输出的电压是有脉动的直流电压，必须加以滤波，这通过滤波电容来实现。滤波电容除了起到稳压和滤除整流后的电压纹波外，还在整流电路和逆变电路之间起去耦作用，以消除相互干扰，为感性负载的电动机提供必要的无功功率。220V正弦交流电经两相不可控整流桥整流，再经电

7、容C1、C2滤波后作为三相逆变桥的直流电压源。电容C1既作为滤波电容滤除电压中的低次谐波，又作为储能电容储存电机绕组续流时回馈的能量。电容C1一般选取容值大、耐压高的电解电容，具体数值可根据直流母线电压波形的好坏和电压等级来确定。C1的容值越大，直流母线电压越平稳，直流电质量越好。实际应用中由于对控制器的体积有一定的要求，故C1不能太大，在直流母线电压质量允许的条件下，C1又越小越好。由于电容储能较大，加之在接入电源时电容器两端的电压为零，故当刚合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流很大，过大的冲击电流将可能使整流桥的二极管损坏。为了保护整流桥，在刚接

8、通电源的一段时间里，在电路串入限流电阻，其作用是把电容器的充电电流限制在允许的围。开关K的功能是：当滤波电容