数字励磁调节系统的设计和实现

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1、数字励磁调节系统的设计和实现吴克文黄冈职业技术学院电子信息学院湖北黄冈438000【文章】本文设计了一个数字励磁调节系统，采用了以TI公司的TMS320F240型DSP器件作为主要芯片，用IGBT替代逆导可控硅，设计了H型的可逆励磁调节系统。在此硬件电路的基础上，设计了系统软件程序，从而实现了励磁调节系统的数字化。【关键词】数字励磁；DSP;调节系统我国现有的水下舰船电力推进系统中，大部分使用的是模拟控制方式。而模拟控制方式制造出来的设备往往操作笨重且体积庞大。水下舰船其工作环境主要在水下，一旦远距离工作船员往往希望设备操作方便、简单、灵活

2、，且生活空间宽敞。而数字控制技术在X络技术的匹配下，实现了系统的统一调度与安排，甚至可以进行远距离的遥控，如能设计出数字化设备对目前使用的模拟设备进行更新换代，对整个电力推进系统进行优化设计，提高整个电力推进系统的智能化程度，方便操的使用，有效地解决模拟控制带来的弊端，是我们目前面临的一个现实问题。而设计数字励磁调节系统正好满足这一要求。1系统的硬件电路设计直流双闭环数字控制的励磁调节系统与模拟控制的励磁调节系统结构基本相同，主要区别是把原来由电压量表示的给定信号和反馈信号改用数字量表示，将原来由分立器件完成的各种功能集中到微处理器（控制器

3、）的软件中实现。在励磁调节器设计中可以采用各种微处理器，DSP是其中一种选择。微处理器完成的控制功能，主要包括数字速度调节器ASR、数字电流调节器ACR及数字触发器。DSP的运算性能是十分强大的，对于多种复杂控制算法都能够有效实现，并能够自行产生有死区的P输出。由于IGBT作为当前较为成熟的一种全控器件，具有多种多样的驱动，所以主回路功率器件选择应用IGBT模块，本调节系统采用TI公司的TMS320F240型DSP器件作为主要控制芯片，借助于软件编程技术进行自动调节。在TMS320F24X系列的DSP中，TMS320F240是其重要组成部分

4、，是TI公司针对于电机、逆变器、机器人、数控机床控制进行的专门设计。其外围设备相对健全，内核是C2XLP16位定点DSP的CPU，该型号的DSP具有较高的指令执行速度，内嵌FlashROM和RAM，内部的事务管理模块可以输出多路P波，同时内含大量I/O端口，包含8路10位A/D通道，所以她对于简化数字控制系统的硬件电路具有重要意义。2驱动电路的设计2SD315A作为专为IGBT和功率MOSFET而设计的双通道驱动模块，我们使用2SD315A驱动模块来驱动IGBT。它的尺寸不大，不具有十分复杂的电气接口，绝缘电压比较大，输出电流和驱动功率较大

5、。该驱动模块能够在多种场合实现应用，尤其是反向电压高达1700V的功率模块、并联电路、高功率模块驱动中。驱动器的功率高达6ARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>IGBT在正常的工作过程中，存在由于短路故障造成IGBT过流运行的情况，我们一般把短路开始产生到损坏为止这段时间称为“短路耐量”。当器件短路耐量越低时，说明过电流越大。发生短路时，IGBT集电极电流会增加并超过额定值。所以必须在足够短的时间内采取可行性措施消除这种状态，在不超过短路极限值的情况下关断IGBT。3软件系统的设计本系统在设计过程中，软件编程技术实现了其全部的

6、控制功能，具体涉及了速度环和电流环的计算，P脉宽调制，采集转速和励磁电流值，接受外部的控制命令等。本系统DSP源程序的编制选择运用的是汇编语言，在CC2000开发环境下实现调试之后，写入F240的flashROM中。（1）系统总程序的设计开始运行程序之后，先是进行系统的看门狗等的初始化，然后进入任务调度程序。任务调度程序根据命令口采集的命令设置程序运行环境，找出对应的任务地址，将程序转向此任务地址。调节程序的主要作用就是计算转速环和电流环，并以计算结果为依据产生P波。调节程序首先会查询是否已经设置电流环及转速环的执行时标，假使设置时标，A/

7、D采样程序才会调用，得到计算需要的反馈值、给定值，然后采用PI调节程序对它们进行计算，EV模块接收计算结果并产生相应的P波。假使未设置时标，则计算不执行。（2）任务调度程序的设计开始运行程序之后，第一步就是执行初始化程序，实现程序运算环境，设备及变量等初始化。下一步就是进行任务调度程序的设计。首先，通过SPI口将励磁电流值送到I/O板显示，具体来讲就是任务调度程序先从励磁电流反馈值寄存器中取得二进制表示的励磁电流值，再将其转换成四位十进制表示方式，最后再讲这些用四个十进制的数根据由大到小的顺序分别送到SPI口，驱动器进行显示由I/O板上的串

8、行显示实现。励磁电流的显示实现之后，任务调度程序会取得接下来的外部命令，这些命令是从设在F240的数字I/O模块中的命令口取得的，命令口地址为7090h。调度程序通过比较分析当前