馮 毅

（包頭職業(yè)技術(shù)學院電氣工程系 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

鼠籠式異步電機因其有很多優(yōu)點如結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定可靠，幾乎免維護而被廣泛應用，但是其調(diào)速性能不如直流電機，因而在一些應用中如精確定位、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等要求較高場合下不得不使用直流電動機。在異步電機要實現(xiàn)這些功能和提高控制精度，需要采用復雜的控制算法，這些復雜的控制算法中包含了大量的數(shù)據(jù)運算，對于控制系統(tǒng)也要滿足實時性的要求，因此對微處理器的運算能力和處理能力要求更高。傳統(tǒng)單片機在性能上已經(jīng)很難滿足人們的要求。隨著IT技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器的（DSP）出現(xiàn)解決了處理器的運算能力和速度問題。特別是電機控制專用DSP,其集成了電機控制所需的外圍器件，如AD轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器和一些專用邏輯電路，給開發(fā)高性能的調(diào)速控制系統(tǒng)帶來極大方便。

1 系統(tǒng)的控制原理

本系統(tǒng)采用直接轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)反饋值計算得出的量（轉(zhuǎn)矩、磁鏈）與給定值相比較，根據(jù)偏差大小，選擇合適的電壓矢量（開關(guān)狀態(tài)），電壓矢量對定子磁鏈進行控制，從而改變轉(zhuǎn)矩，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)原理見圖1。系統(tǒng)的外環(huán)為轉(zhuǎn)速控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為磁鏈、轉(zhuǎn)矩控制環(huán)。定子磁鏈觀測采用U-I模型。即：

式中：Ψsα、Ψsβ為 αβ 坐標系下的定子磁鏈分量；usα、usβ為 αβ 坐標系下的定子電壓分量；isα、isβ為 αβ 坐標系下的定子電流分量；Rs為定子電阻；np為電機極對數(shù)；Te是電磁轉(zhuǎn)矩。

圖1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖

根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，知道系統(tǒng)在進行控制時，首先需要檢測定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)速ω，低速時還要準確檢測Rs，已得到更加準確的定子磁鏈檢測值；然后根據(jù)電機模型計算Ψs、Te，從而得到ΔΨs和ΔTe；通過磁鏈、轉(zhuǎn)矩控制器得到控制信號，由開關(guān)狀態(tài)選擇單元產(chǎn)生SVPWM驅(qū)動信號，實現(xiàn)電機的直接轉(zhuǎn)矩控制。

2 系統(tǒng)硬件方案介紹

本系統(tǒng)主要由DSPTMS320F2812，三菱IPM功率模塊及一些外圍電路組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主電路采用交-直-交變頻電路，控制電路以DSP為核心及其外圍輔助電路組成，并可通過通信端口連接鍵盤及顯示屏，完成多種數(shù)據(jù)輸入及管理功能，如變頻參數(shù)的設定，運行狀態(tài)的顯示等。

2.1 TMS320F2812 DSP的主要特點

DSP2812是TI公司推出的功能強大的32位定點DSP，最大的特點是速度有了質(zhì)的飛躍，頻率高達150M，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和處理能力。在高精度控制領(lǐng)域占有不少份額。

2.2 功率模塊驅(qū)動電路

本系統(tǒng)采用日本三菱的IPM智能模塊，型號為ps12036，IPM將功率器件IGBT和驅(qū)動電路集成在一起。為避免IPM的上下橋臂“直通”現(xiàn)象，需要對PWM信號先加互鎖電路，然后到隔離驅(qū)動和電平轉(zhuǎn)換再送IPM的控制端，電路如圖3所示。

圖3 IPM門極互鎖驅(qū)動電路

2.3 電流檢測電路

電流檢測采用兩個霍耳電流傳感器，分別檢測ia，ib，型號為 Honeywell csne151-104，其工作電壓為±15V，經(jīng)過 I/U 轉(zhuǎn)換電路，得到0～3V電壓信號，送至A/D模塊，電流檢測電路見圖4。

圖4 電流檢測電路

圖5

2.4 速度檢測電路

速度反饋信號檢測采用光電脈沖編碼器，它輸出兩個相位相差90的脈沖信號，經(jīng)整形光電隔離后送入DSP的正交編碼脈沖單元（QEP）中，由內(nèi)部4倍頻后，通過定時器對脈沖進行計數(shù)，利用軟件算法得到轉(zhuǎn)速值。

硬件部分多充實點自己設計的東西及創(chuàng)新點所在！

3 軟件設計

軟件程序的設計主要由主程序和中斷程序組成，具體流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

以TMS320F2812為控制核心的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，大大簡化了硬件電路設計，能夠更好的實現(xiàn)系統(tǒng)所需的快速性和實時響應。實驗表明，系統(tǒng)控制精度高，實時性好，性能優(yōu)良。

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