夏 偉

(哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

雖然市場上的電機體積小、價格低廉、運行質量也較好、性能比較優(yōu)越，但是，實際應用中，電機面臨著大電流波動和瞬時轉矩問題，這給電機正常運行造成很大的影響，甚至會燒毀電機，所以，在電機控制系統(tǒng)中應用DSP技術，能對電流和電壓進行控制。

DSP是數字信號處理的簡稱，其涉及領域較多，應用非常廣泛。計算機技術和信息技術的發(fā)展推動了DSP技術的發(fā)展和應用。DSP控制器在電機控制系統(tǒng)中的應用可實現(xiàn)電機智能化控制，執(zhí)行更為復雜的操作指令，具有操作簡單、控制準確的特點，可實時檢測電機運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常狀況及時進行控制和保護，確保電機運行的穩(wěn)定性。

1 DSP電機控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)使用的是哈佛結構，是種并行體系結構，將程序和數據存儲到不同的存儲空間中，由兩個獨立服務器獨立運行，使用各自的編碼和訪問路徑，提升了系統(tǒng)數據的處理能力。

1.2 系統(tǒng)特點

DSP技術優(yōu)化了電機控制系統(tǒng)，尤其是在硬件方面表現(xiàn)良好，可對電機進行智能化控制，操作難度較小，使電機變得輕便、操作簡單、安裝方便，提升了電機的實用性能，且能源消耗較少。

1.3 系統(tǒng)功能

DSP電機控制系統(tǒng)使用統(tǒng)一的控制電路，對系統(tǒng)硬件和軟件進行統(tǒng)一控制和管理，依據不同的電機類型編寫相應的控制程序，具有很好的適用性。如：DSP通過三相逆變器控制感應電機、無刷直流電機、永磁同步電機等，這些電機的硬件類似，找出控制規(guī)律，進行程序編寫，提高了系統(tǒng)的實用性。

2 DSP在電機控制系統(tǒng)中的應用

DSP技術實際應用過程中，需要根據電機用途編寫控制程序，編寫程序之前，要確定電機控制方式。控制方式決定著電機運行，而控制芯片是控制系統(tǒng)的核心，負責協(xié)調和控制系統(tǒng)各個部件的運行，其性能決定著系統(tǒng)功能的發(fā)揮，是系統(tǒng)的神經中樞。DSP控制系統(tǒng)的程序流程圖，包含啟停檢測、故障診斷、電路保護等判斷流程及控制流程的走向。當控制系統(tǒng)啟動時，開始自檢，判斷系統(tǒng)運行狀況，如果系統(tǒng)發(fā)出故障警告，由技術人員進行維修，若沒有故障信息，由操作人員發(fā)出控制指令，確認執(zhí)行指令操作后，系統(tǒng)正常啟動。

2.1 啟動控制

晶閘管控制著系統(tǒng)的啟動，是電機控制系統(tǒng)的開關，電機的端電壓除了與功率因數有關，還與觸發(fā)角有著密切聯(lián)系，但是端電壓和控制角之間缺少相同的控制屬性。PID控制算法簡單、實用性強、應用廣泛，控制參數之間沒有關聯(lián)，且參數計算簡單，實踐和理論證明，其是最優(yōu)控制器。使用PID控制電機啟動，應用其自動化調整功能，對控制參數出現(xiàn)的偏差進行調整，根據電機參數變化，調整電機控制策略，保證電機穩(wěn)定運行，可實現(xiàn)DSP控制系統(tǒng)的智能化控制。電機啟動有兩種，即限流和全壓。限流啟動的原理是將PID控制應用于電機控制系統(tǒng)，通過調整電機允許的最大電流，來控制電機啟動，當PID控制接收到電流處于穩(wěn)定值的反饋信號后，結束啟動控制。全壓啟動的原理是控制角的觸發(fā)脈沖快速增長至最大值，同時端電壓增長至給定值，電機控制系統(tǒng)中的過電流需設置較高，一般為給定值的5倍，當電機內的啟動電流超過系統(tǒng)的過電流給定值時，PID控制啟動，通過降低電機電流，進行電機啟動控制。

2.2 停車策略

停車主要分為自由停車和軟停車兩種控制策略。自由停車控制，主要是控制門極信號，關閉晶閘管后，晶閘管中失去了電流，導致沒有電壓輸出，端電壓的輸入電壓變?yōu)榱?，受到負載和轉矩的影響，實現(xiàn)了停車，只有在要求停車的情況下，才可以進行停車操作，正常情況下，是不需要進行停車操作的。軟停車，是緩慢停止電機運行，將電機中的電壓通過控制器的調節(jié)，按照一定速率，緩緩降低電壓的輸入，端電壓逐漸變小，電機轉矩也隨著減小，當電壓降到最低值時，電機中輸入的電壓不能驅動電機運行，電機停車。使用DSP電機控制系統(tǒng)可控制晶閘管的控制角，逐漸減少電壓輸入，給電機一個緩沖時間，使正常運行的控制角發(fā)生移動，逐漸降低端電壓，當降到最低值時，電機進入停機狀態(tài)。

2.3 硬件設計

2.3.1 信號檢測電路

信號檢測電路中應用三相交流調壓器，可檢測控制信號，得到信號后進行電機的控制操作。其運行原理是調壓器檢測到信號后，產生同步脈沖信號，在電路中形成同步脈沖，晶閘管接收到觸發(fā)脈沖，使控制角發(fā)生180°的移動。使用三相交流調壓器檢測定子電流，通過檢測電流大小，作為檢測電路的信號來源。

2.3.2 電壓檢測電路和故障保護電路

電壓檢測電路使用了三相整流器，電路檢測母線電壓，輸入到整流器中，通過電壓控制，完成對電機的監(jiān)控。故障保護電路，將采集到的電壓、電流數據輸入到光電耦合器中，產生控制信號，傳輸至DSP控制器，經控制器判斷后，執(zhí)行控制系統(tǒng)的保護指令。

2.3.3 DSP控制器

DSP控制器作為電機的大腦，對電機運行進行全面的控制、監(jiān)管、保護，運行機制主要是外部發(fā)出控制信號，由芯片接收后，將信號傳輸給DSP控制器，經由晶閘管的控制角，將控制信號傳輸給驅動電路。設置外部傳感電路，實時檢測電壓和電流信號，通過接收到的過壓和欠壓信號，發(fā)出控制指令，調整電壓波動。根據檢測到的過流和中斷信號，及時發(fā)現(xiàn)電流異常，并發(fā)出保護指令，對電機進行控制和保護。

2.3.4 晶閘管

DSP控制系統(tǒng)通過編寫的程序，判斷電機的運行狀況，并發(fā)出控制指令，由PWM信號輸出端口輸出調制的脈沖，形成晶閘管觸發(fā)脈沖，然后輸入到光耦合器件，經過反相器處理后，使觸發(fā)信號放大，進入脈沖變壓器，實現(xiàn)DSP對晶閘管的控制。

3 結語

DSP技術作為一種新型技術，通過對電壓和電流信號的采集和處理運行編寫的程序，對電機進行啟動、停車處理，提升了電機整體性能，促進了電機控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展。DSP電機控制系統(tǒng)具有自動檢測功能，可判斷電機啟動狀態(tài)，保證電機正常啟動，實時監(jiān)管電機運行過程中電壓和電流的波動情況，當發(fā)現(xiàn)異常后，及時進行調整，維護電機穩(wěn)定、安全運行，提升電機運行效率。