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        基于DSP的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)研究

        2016-12-28 22:12:12趙錦榮趙霞邊小軍閆鍵馮斌
        中國科技博覽 2016年24期
        關(guān)鍵詞:調(diào)速交流研究

        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)計制作DSP控制板并進(jìn)行調(diào)試和性能測試

        [關(guān)鍵詞]交流 ?調(diào)速 ?DSP ?研究

        中圖分類號:TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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

        相對于模擬系統(tǒng),數(shù)字系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:精心設(shè)計的微機(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)控制平臺的研制

        要構(gòu)建一個完整的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),必須要有控制平臺,即含有DSP的核心控制板。它可以將電機(jī)的控制方法加以實現(xiàn),發(fā)出PWM脈沖信號供IPM的觸發(fā)控制,能夠控制軟起動電阻的斷開、連接,控制制動電路能量的釋放,還能檢測IPM的保護(hù)信號進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣由DSP控制板,IPM觸發(fā)板,主電路,以及檢測元件和電機(jī)幾部分才能構(gòu)成一個完整的電機(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。由于實際信號的幅值和極性與DSP能夠處理的信號不符,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的物理量有定子電流,直流測電壓,轉(zhuǎn)速信號等。

        2.1.1 電流檢測

        電流檢測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)生的磁信號轉(zhuǎn)化為電信號,其優(yōu)點是可以實現(xiàn)隔離,而且交直流均可以檢測,精度較好,但需要外接電源,價格較高。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,它可以通過改變原副邊繞組的匝比,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

        在應(yīng)用中直流側(cè)的電壓同樣需要檢測,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CHV-50P,其檢測電壓范圍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:轉(zhuǎn)速的檢測可以采用軸編碼器或測速發(fā)電機(jī)等,由于DSP內(nèi)含有與編碼器脈沖檢測電路配合的硬件電路,可以自動辨別方向,所以采用軸編碼器。

        2.2 DSP控制板的設(shè)計及功能說明

        本文制作的LF2407A控制板主要包括如下幾個主要邏輯模塊和接口:

        * LF2407A外部存儲器;

        * 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

        由于LF2407A芯片的供電電壓要求3.3V,所以在設(shè)計控制板時需要將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,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存儲空間和64K字的靜態(tài)數(shù)據(jù)RAM存儲空間,在外部存儲器擴(kuò)展時,必須考慮到等待狀態(tài)對外部存儲器的影響,片外存儲空間(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。控制板上采用了兩片64K RAM CYC701021V,最快的存儲時間為10ns,基本上不用插入等待時間即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。只需將2407A地址線,數(shù)據(jù)線,以及程序存儲控制線,數(shù)據(jù)存儲控制線與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實現(xiàn),GAL的編程可以采用ABEL語言;參與地址譯碼的信號有,參與時序譯碼的信號有等,主要的外部I/O接口信號包括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際編程中訪問這些空間了,在對外部I/O空間操作時,不僅要有地址上的配合,還要有時序上的配合。

        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時的觀測,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),最后同時輸出四路信號??梢园凑找韵碌姆椒ň幹瞥绦颍菏紫确謩e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)中寫入任何一個值就可以將4個保持寄存器中的數(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,模擬量的檢測和處理電路以及相關(guān)接口電路等組成,通過PWM脈沖信號能夠控制電機(jī)軟起動電阻的斷開、連接,控制制動電路能量的釋放,還能檢測IPM的保護(hù)信號進(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.電力拖動自動控制系統(tǒng).第2版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992

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