基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计

基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计

机床电器2010.5——基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计应用·交流—

基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计

张红莲

（华北电力大学，071003）

摘要：介绍了一种基于数字信号处理器（DSP）及智能功率模快（IPM）的电机拖动矢量控制系统设计方案。以TMS320LF2407ADSP为系统的控制核心，SKBPC3512为整流器，PM25RLA120智能功率模块为逆变器，采用空间电压设计了三相异步电动机矢量控制调速系统。该系统精度高，实时性好，有较好的动态性能。矢量脉宽调制技术，

关键词：异步电动机；数字信号处理器（DSP）；智能功率模块（IPM）；矢量控制中图分类号：TM301．2

文献标识码：B

文章编号：1004－0420（2010）05－0052－03

Vectorcontrolsystemdesignofthree－phase

asynchronousmotorbasedonDSP

ZHANGHong－lian

（NorthChinaElectricPowerUniversity，071003）

Abstract：Thepaperdesignsavectorcontrolsystemofthree－phaseasynchronousmotorbasedonDSPandintellectualpowermodule（IPM）．UsingdigitalsingleprocessorTMS320LF2407ascontrolthecoreofsystem，usingSKBPC3512astherectifier，usingtheintelligentpowermodulePM25RLA120astheinverter，andusingspacevoltagepulsewidthmodulationtechnology，wedesigndigitalPWMspeedcontrolsystem．Thiscontrolsystemisofhighcontrolprecisionandagoodreal－timeperformanceandagooddynamiccharacteristic．

Keywords：asynchronousmotor；distalsingleprocessor（DSP）；intellectualpowermodule（IPM）；vectorcontrol

0引言

随着现代生产机械自动化的发展，对电力拖动系

统运行的安全可靠性要求越来越高。实际应用中，电因此当电动机发生故障机与配套装置通常连在一起，

时，势必影响生产系统。本文设计了以数字信号处理以智能功率模块（IPM）作为逆变电器（DSP）为核心，

路，采用矢量控制方法，实现三相异步电动机拖动系统变频调速控制。系统具有对电动机的运行控制及故障检测和保护功能，使电力拖动系统安全可靠运行。

图1

电机拖动主电路图

2．1控制系统结构

电力拖动控制系统由DSP（TMS320LF2407）为控

实现对系统的数据采集、处理及控制，检测电制核心，

路实现电流检测、直流电压检测、转速检测功能，利用

静态RAM（CY7C1021BV33）存储器对程序和数据存储IPM模块采用三菱公司的PM25RLA120，器进行扩展，

实现直流电的逆变，提供给异步电动机频率可调的三相交流电，实现高性能的变频调速。

整个系统按功率模块、控制模块、检测模块设计，系统硬件框图如图2所示。电流检测电路由接在逆变桥输出端的电流霍尔传感器TBC30P电路组成，由霍尔电流传感器输出的电流信号经过处理后，再送到DSP（TMS320LF2407）的ADC端；直流电压检测电路由接在整流器输出端的电阻和电压霍尔传感器LV28－P

1电力拖动系统组成

电动机拖动系统的电源采用交－直－交变频供电

系统。主电路由整流、滤波和逆变电路3大部分构成，如图1所示。整流电路采用SKBPC3512桥式整流模块，结构简单，可靠性高。逆变电路用IPM智能功率模块PM25RLA120作为逆变器，它将驱动电路与IGBT开关器件及保护电路集成到一起，提高了系统稳定性并缩短了开发时间。

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控制系统硬件整体设计

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基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计

应用·交流———基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计等器件组成；转速检测电路由电子旋转编码器TRD－S2000B检测到信号后通过光电隔离电路再送到DSP的正交编码器脉冲电路（QEP），通过软件计算即可得出转速；DSP和上位机（PC机）之间通过MAX232进行通信

。

图2

系统硬件结构图

TMS320LF2407有64K的程序存储器空间，包括片内DARAM和片内FLASHEEPROM/ROM，另外还有64K的数据存储器。但为了扩大系统的存储空间，本系统选用静态RAM（CY7C1021BV33）对程序和数据存储器进行扩展，

CY7C1021BV33是高性能16位的CMOS静态RAM，它与DSP的接口电路如图2所示。每次读、写操作的是整个16位数据，不分高低字节。通过译码电路将64KB的SRAM空间分为两个地址区间（由地址的最高位A15的值决定），即数据区和程序区，

具体区间的划分由用户的译码方法决定，DSP可以方便地对CY7C1021BV33进行读写操作。

2.2功率模块

功率模块由不可控整流模块、滤波电路和IPM组

成。IPM模块采用三菱公司的PM25RLA120，内部集成第五代低功耗IGBT管芯、

检测电路及栅极驱动电路，还有过流、欠压和温度保护功能。IPM的故障输出信号FO通过光电耦合器接到DSP的PDPINTA（或PDPINTB），在IPM发生故障时，DSP能把相关的事件管理器输出引脚置成高阻状态，禁止PWM信号输出，对系统进行保护。IPM要求同一桥臂上下开关管始终有一个截止，

而且必须互锁。因此DSP发出的PWM信号必须有足够的死区时间，否则会造成一桥臂上下开关管同时导通，导致IGBT模块烧坏。TMS320LF2407内部集成了死区调节电路，死区时间调节通过死区定时器控制寄存器DBTCONA设定。

IPM中起逆变作用的是六个功率IGBT管，其开关触发控制信号受TMS320LF2407A所输出的六路PWM波形的控制。通过功率管有规律的通断将直流电逆变

机床电器2010.5

为频率可调的三相交流电提供给异步电动机的三相定子绕组。由于DSP发出的PWM信号较弱，所以在驱动IPM的IGBT前要进行信号放大。系统采用不可控整流二极管模块SKBPC3512，模块内部由整流二极管组成的三相桥式不可控整流电路构成，由电解电容组成滤波电路。

2．3控制电路

DSP控制板由TI公司的TMS320LF2407、TLP550

快速光耦、仿真调试接口JTAG和TPS7333Q（用于将

+5V的电压转换成TMS320LF2407所需的+3．3V

的电压）组成。其核心是TMS320LF2407，主要完成转速测定、电压及电流的采样、模/数转换、模糊PID控制

算法处理、

PWM控制信号输出等。DSP芯片TMS320LF2407是专用于电动机控制的，

可以为高性能传动控制提供先进、高效的信号处理与控制。其中有2个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括8个16bit的脉宽调制PWM通道。它们能够实现PWM的对称和非对称波形，具有生成SVPWM的硬件电路，而且可编程实现PWM死区控制以防止上下桥臂同时导通。在电动机控制应用中，

PWM电路极大地减少了产生PWM波形的CPU开销和减少了用户的工作量，也简化了用于产生同步脉宽调制波形的控制软件和外部硬件。

2.4速度检测

本系统选用电子旋转编码器TRD－S2000B，检测

电机转速，形成闭环控制。TMS320LF2407具有正交编码器脉冲电路QEP，

通过光电编码器的两组脉冲的相位（上升沿的先后顺序）可以判断出电机的运动方向，通过记录脉冲的个数来确定具体的运动位置．将位置信号进行差分就可得到运动的速度。正交编码电路必须选择一个计数器用于计算电路的输入脉冲次数，本系统选用Tl。当电机正转时，

QEP电路的方向检测逻辑测定出连接到光电编码器A相的QEP1输入引脚上，脉冲序列的相位领先于连接到光电编码器B相光电编码器QEP2上的脉冲信号，

然后产生一个方向信号作为T1定时器的计数方向，计数器T1CNT递增计 …… 此处隐藏：3670字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……