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1、基于DSP永磁同步电机数字变频调速系统发布日期:2008-06-18 作者:申寿云林立来源:微计算机信息TOP系列编程器摘要:详述了TMS320F2812的性能特点, 给出一种基于TMS320F2812和智能功率模块(IPM)实现永磁同步电机( PMSM) 矢量控制变频调速系统的方案; 阐述了矢量控制原理, 进行了系统的硬件和软件设计。实验结果表明系统有良好的动静态性能，该PMSM矢量控制系统可以广泛应用于伺服驱动系统中。关键词:永磁同步电动机; 矢量控制; 数字信号处理器; 智能功率模块0引言永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻以及具有较高
2、的效率和功率因数等优点,已广泛应用于工业机器人、数控机床、柔性制造系统各种自动化设备等领域。目前,数字化交流伺服系统主要采用高性能数字处理器(DSP)和智能功率模块(IPM)实现。本系统采用TI公司的高性能数字信号处理器TMS320F2812,利用DSP内部资源采集电机的反馈量,包括定子相电流,转子位置和转速；以此为依据产生可控制的脉冲驱动三相桥式逆变器,进而控制逆变器的输出电压,改变永磁同步电机的电磁转矩,实现电机的全数字变频调速。本文介绍了以TMS320F2812为核心的全数字PMSM变频调速系统的硬件以及软件设计,在永磁同步电动机上测试并给出了实验结果
3、。1永磁同步电机矢量控制变频调速原理三相永磁同步电机的模型是一个多变量、非线性、强耦合系统,当采用转子磁场定向(d轴与转子磁场方向重合)的方法进行解耦控制时,得到电机的转矩方程为：Tm=p[Ψfiq-(Ld-Lq)idiq] (1) 式中,p为转子磁极对数,Ψf为转子磁场在定子上的耦合磁链,id、iq为定子电流矢量is在d、q轴的分量,Ld、Lq为电机d、q轴的电感。对一般的正弦分布式PMSM,若不考虑转子磁场的凸极效应,Ld=Lq。由式(1)可以看出,当is与d轴的夹角β为90°时,可以获得最大转矩。这时,id=iscosβ=0,iq=issinβ=i
4、s,式(1)可以改写为：Tm=pΨfiq=pΨfis (2) 式(2)说明只要保持is与d轴垂直,就可以像控制直流电动机那样,通过调整分量iq来控制转矩,实现永磁同步电机转矩的线性化控制,而关键就是转子磁场的精确定向和电流高速化控制。2 系统硬件设计永磁同步电动机数字化变频系统结构框图如图1。系统可分为主回路、控制回路。主回路包括智能功率模块IPM和电动机;控制回路以TMS320F2812DSP为核心,辅以电流检测电路。图1永磁同步电动机变频调速系统硬件结构图2.1主回路设计主电路采用单相不控整流,逆变器采用三菱公司智能功率模块(PM20CSJ060)。该模
5、块将6只IGBT封装在一起。组成三相全桥逆变电路,体积小、重量轻,内部集成有驱动电路,并设计有过电压、过电流、过热及欠电压等故障保护电路。额定参数为600V/20A,开关频率可达20kHz。其外围电路主要包括6路PWM驱动信号加快速光耦隔离,驱动简单可靠。驱动电路供电电压为+15V,由开关电源提供4路隔离的+15V电源。主电路为避免上电时出现过大的瞬时电流和电机制动时产生过高的泵生电压,设有软启动电路以及能耗制动时的能量泄放回路。2.2控制回路设计控制器采用TI公司最新推出的32位定点数字信号处理器TMS320F2812。它采用高性能的静态CMOS技术,主频
6、达150MHz,使得指令周期缩短为6.67ns,提高了控制器的实时控制能力。高性能32位CPU,单周期32×32乘法累加运算操作,能够完成64位的数据处理,实现高精度的处理任务。高效的代码转换功能(支持C/C++和汇编)并与TMS320F24x/LF240x程序代码兼容。片内存储器资源包括：片内128k×16位的FLASH,128k×16位ROM,18k×16位的SARAM,1k×16位一次可编成的存储器OTP。片上Flash/ROM具有可编成加密特性,可以方便现场软件升级。带有128位保护密码,防止非法用户通过JTAG仿真接口查看FLASH/OTP/L0/
7、L1的内容、访问外设和装载某些不合法的软件,保证了相关数据的安全性。模数转换器(ADC)：两个8路12位A/D转换器,A/D转换速度可达200ns,具有自动排序能力,一次可执行最多16个通道的自动转换,流水线最快转换周期为60ns。可工作在8个自动转换的双排序工作方式或一组16个自动转换通道的单排序工作方式,可编程为顺序采样和双路同步采样。支持软件启动、事件管理中断启动和外部信号启动,其中,可以利用事件管理器的定时中断来启动A/D,进行实时采样。事件管理模块：4个16位通用定时器可用于产生采样周期,作为全比较单元产生PWM输出以及软件定时的时基。2个事件管理
8、器可产生16路独立的PWM信号,3个具有可编程死区的
