基于dsp交流伺服系统硬件设计

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1、基于DSP交流伺服系统硬件设计本系统是基于DSP的全数字伺服系统。DSP采用美国TI公司最新的高性能的电机控制处理器TMS320F2812,是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片，它具有功耗小、性能高，运算速度快，数据和程序存储器容量大，AD采样和处理精度高等特点，能满足伺服系统复杂控制算法要求。【分类号】：TM921.541一、TMS320F2812概述TMS320F2812是TI公司2003年正式推出的32位定点DSP芯片，是目前工业控制和机器人控制等领域中最高档的DSP之一。该芯片性能优

2、越，既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能。比起TMS320LF2407A来讲，具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路，片上资源可以同时控制两台三相电机，从而使控制系统的价格大大降低而体积缩小、可靠性提高，可以在高度集成环境中实现高性能的电机控制，各项性能指标都有了显着的提高。其主要资源和性能指标如下：(1)它是C2000系列中性能最高的芯片，处理速度达150MIPS,实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法,并且其代码与以前各个型号的DSP兼容，故TMS320F2812

3、DSP有着广泛的应用空间。(2)高性能低功耗，采用1.8V内核电压和3.3V外围接口电压。(1)128K内部FLASH,18K内部SARAM,可外扩1M统一编址存储器。其寻址空间达4Mo(2)芯片内部有3个32位定时器。(3)拥有双事件管理器EVA和EVB,控制更加灵活。(4)拥有两个SCI口和一个SPI口，增加了数据缓存功能；传输频率可达MHz量级。此外，串行通讯模块还包括增强的eCAN总线和新增的McBSP,能足够满足多种通讯的需要。(5)16个信道的12位A/D接口可灵活设置采样方式。(6)可使用多达56

4、个可编程且可复用的I/O口。(7)提供看门狗电路、电源监视、上电复位、手动复位，系统可靠、稳定。(8)标准的JTAG接口，方便调试。下图为TMS320F2812的功能框图图1TMS320F2812的功能框图二、系统结构的主电路设计从图2可看出，本系统是一个具有转速反馈的闭环系统。系统参数由上位机通过SCI接口传递给下位机，DSP负责采样各相电压电流，计算电机的转速。DSP通过算法得到空间电压矢量的PWM控制信号，经光耦隔离，驱动放大来控制逆变器开关主电路。同时DSP还监控调速系统的运行状态，当系统出现短路、过压

5、、欠压、过流、过热等故障时，封锁PWM输出信号，将电机停机。整个伺服系统以TMS320F2812为核心，所有复杂的控制算法及控制策略都是通过该控制器来实现的，本系统涉及到DSP的大部分集成外设，如事件管理器EV、异步串行通讯接口SCI、模数转换器ADC、PWM发生模块以及JTAG仿真接口等。其硬件电路主要是由主电路、控制电路和外围电路等构成。其中主电路由三相整流电路、逆变器和永磁同步电机等构成，其中逆变器采用六只IGBT功率逆变器完成功率转换;控制电路主要由TMS320F2812为核心的DSP控制器组成，用来完

6、成永磁同步电机的电流环、速度环和位置环的控制器的算法实现，空间矢量PWM波(SVPWM)的产生等；外围电路由光电编码器、电流检测电路、故障检测保护以及显示电路等组成，实现电机转速检测、位置检测、电流检测和系统保护等。图2系统硬件结构图为控制方便，本系统的硬件电路，除主电路及光电编码转速检测电路、IGBT驱动电路、电压电流传感电路、主回路限流开关电路等外围电路外，其余的电路如DSP控制电路、保护电路、传感器信号处理电路、故障信号处理电路等外围电路均做成同样尺寸的电路板，通过接口插在控制箱内的母板上，控制箱从外界引

7、入电源对母板上的各个电路板供电。同时各个电路板上的相关信号可以通过母板从控制箱引出，用于测量或使用。系统主电路的作用是直接驱动PMSM工作，主要由三相整流电路、滤波器、能耗制动回路和逆变器等组成。整流电路采用富士公司的三相整流桥6R130G1600,整流电路为三相桥式全波整流电路，耐高压，可达1600V,输入是三相交流电，三相输入为220V,则经整流后平均直流电压为=2.34X220=514.8VO在功率变换单元的设计中，功率电子开关的选择很重要，我们选用绝缘门极晶体管(IGBT)作为逆变电路的功率开关器件oI

8、GBT既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高的优点，目前在电机驱动、中频和开关电源以及要求速度快、低损耗的领域占有主导地位。下图为主电路的结构简图。图3主电路结构简图图中，第一部分为整流电路，第二部分为滤波电路，第三部分为能耗制动回路，第四部分为逆变器。三相桥式全波整流电路完成工频电流到直流的转换，经整流器整流后的直流电存在脉动。滤波电路起到