基于dsp的三相異步電機(jī)控制畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過(guò)負(fù)載 ZL 的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。 控制寄存器設(shè)置 控制寄存器是指為產(chǎn)生 SPWM 波而需要設(shè)置的事件管理器（ EVA）中的特殊功能寄存器。為了得到期望中的理想波形輸出，不但要求有正確的算法，正確地設(shè)置控制寄存器同樣也是極其關(guān)鍵的。控制寄存器的設(shè)置順序?yàn)椋? a. 設(shè)置定時(shí)周期寄存器 T1PR。 b. 設(shè)置動(dòng)作控制寄存器 ACTR。 c. 設(shè)置死區(qū)時(shí)間控制寄存器 DBTCON。 d. 初始化 CMPRx（ x= 3） 。 e. 設(shè)置比較控制寄存器 COMCON。 f. 設(shè)置定時(shí)器 1控制寄存器 T1CON。 g. 在每個(gè)采樣周期重寫 CMPRx（ x= 3） 。 DSP 生成 SPWM 波的基本設(shè)計(jì)思想 利用 TMS320LF2407A 生成 SPWM 波的基本設(shè)計(jì)思想是利用 DSP 的事件管理器（ EVA）中的 3 個(gè)全比較單元、通用定時(shí)器 死區(qū)發(fā)生單元以及輸出邏輯來(lái)生成三相六路 SPWM波，經(jīng) 6個(gè)復(fù)用的 I/O引腳輸出， EVA內(nèi)部 PWM生成電路框圖如圖 所示。 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 20 通 用 定 時(shí)器 1死 區(qū) 配 置 寄 存器死 區(qū) 單 元輸 出 邏 輯內(nèi) 部 總 線比 較 單 元 1比 較 單 元 2比 較 單 元 3脈 沖 模 擬 產(chǎn) 生 器對(duì) 稱 P W M不 對(duì) 稱 P W M空 間 矢 量 P W MP W M 1 ~ 6D T P H 1 ~ 6P D P I N TR S動(dòng) 作 寄 存器T R 1 ~ 3P H 1 ~ 3 圖 PWM 生成電路框圖基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 21 TMS320LF2407A 的定時(shí)器有 4 種工作方式，當(dāng)以如圖 所示的持續(xù)向上 /下計(jì)數(shù)方式工作時(shí)，將產(chǎn)生對(duì)稱的 PWM 波輸。在這種計(jì)數(shù)方式下，計(jì)數(shù)器的值由初值開始向上跳增，當(dāng)?shù)竭_(dá) T1PR 值時(shí)，開始遞減跳變，直至計(jì)數(shù)器的值為零時(shí)又重新向上跳增，如此循環(huán)往復(fù)。在計(jì)數(shù)器跳變的工程中，計(jì)數(shù)器的值都與比較寄存器 CMPRx（ x= 3） 的值作比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值與任一比較寄存器的值相等，則對(duì)應(yīng)的該相方波輸出發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，如圖 所示，在一個(gè)周期內(nèi)，輸出的方波將發(fā)生兩 次電平翻轉(zhuǎn)。從圖 還可以看出插入死區(qū)時(shí)間后波形的變化情況，死區(qū)的寬度從 0～ 12181。s 可調(diào)。系統(tǒng)中考慮到 所用功率器件的開通和關(guān)斷時(shí)間，設(shè)定 PWM 波的死區(qū)時(shí)間為 ，只要在每個(gè)脈沖周期根據(jù)在線計(jì)算改寫比較寄存器 CMPR 的值，就可實(shí)時(shí)地改變 PWM 脈沖的占空比。 死區(qū)單元的工作原理是：它根據(jù)全比較單元輸出的 PWM 信號(hào)作為輸入，根據(jù)其跳變沿來(lái)使能裝載 8 位減計(jì)數(shù)器， 8 位減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值由 DBTCON 的高 8位提供，時(shí)鐘由 CPU 輸入時(shí)鐘通過(guò) DBTCON 的第 4 位決定的預(yù)定標(biāo)因子分頻后作為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘，在計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到 0 前， 比較器輸出為低電平封鎖與門。由此可以產(chǎn)生 PWM 信號(hào)死區(qū)。 PWMx( 5)信號(hào)的輸出根據(jù) XDTPH 來(lái)決定，ACTR 控制高有效時(shí)輸出 XDTPH ，低有效時(shí)輸出 XDTPH 。 PWMx（ 6）信號(hào)的輸出根據(jù) _XDTPH 來(lái)決定， ACTR 控制高有效時(shí)輸出 _XDTPH ，低有效時(shí)輸出 _XDTPH 。 DSP 的死區(qū)根據(jù) ACTR 的高低有效性而改變，高有效時(shí)不允許上下管的控制信號(hào)同為高電平，低有效時(shí)不允許同為低電平。因此 DSP 死區(qū)時(shí)間對(duì)高、低電平開通均有效。軟件產(chǎn)生死區(qū)只需將 DBTCON 的高八位載入一定數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 T I C N TT I P R周 期比 較 匹 配死 區(qū) 時(shí) 間P W M x （ 低 有 效 值 ）P W M x （ 高 有 效 值 ）t 圖 對(duì)稱 PWM 波產(chǎn)生機(jī)理 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 22 邊 沿 檢 測(cè)預(yù) 定 標(biāo) 器計(jì) 數(shù) 器比 較 器8 位 死 區(qū) 寄 存 器死 區(qū) 控 制 寄存 器P H xC lo c k內(nèi) 部 總 線D T P H xD T P H x 圖 死區(qū)控制寄存器結(jié)構(gòu)圖 在本系統(tǒng)中，軟件編程主要涉及轉(zhuǎn)速計(jì)算、電流電壓測(cè)量、 PI 控制、 PWM波形實(shí)現(xiàn)以及故障檢測(cè)，包括對(duì)程序空間、數(shù)據(jù)空間、外部 I/0 空間、外部事件管理模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、看門狗等資源的操作。而本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要放在轉(zhuǎn)速 PI 控制器模塊、 PWM 發(fā)生器模塊、和轉(zhuǎn)速采樣器模塊。 在控制器中， DSP 主要需要完成的任務(wù)是根據(jù)外部的指令生成 PWM 波形，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外還要實(shí)現(xiàn)保護(hù)、顯示等功能。本系統(tǒng)的軟件由三部分構(gòu)成 ： 系統(tǒng)的初始化程序，主要在系統(tǒng)啟動(dòng)之前，把所有的寄存器內(nèi)部值初始化 ； 系統(tǒng)的主程序。系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)控制的核心，它主要包括系統(tǒng)的算法、系統(tǒng)控制的思路、對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。它主要分為系統(tǒng)給定、系統(tǒng)采集、系統(tǒng)算法。中斷服務(wù)子程序。它主要為故障顯示中斷服子程序。故障顯示中斷服務(wù)子程序的主要任務(wù)就是 :當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)意外或不可控的況時(shí) （ 過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、 IPM 故障保護(hù) ） ，那么 DSP 就會(huì)發(fā)生故障中斷，立即關(guān)閉逆變電路，并且顯示故障信號(hào)。便于及時(shí)的保護(hù)系統(tǒng)，使由于故障而引起的損失減小到最低。 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化有以下主要部分組成 ： ； ； ； ； e. I/O 口初始化； f. SCI、 SPI、 A/D 初始化； 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 23 開 始關(guān) 中 斷關(guān) 看 門 狗設(shè) 置 D S P 時(shí)鐘初 始 化 事 件 管 理 器 和 程 序變 量初 始 化 I / O 口初 始 化S C I , S P I , A / D 口切 除 充 電 電 阻開 中 斷主 程 序 圖 系統(tǒng)初始化程序 系統(tǒng)的主程序 系統(tǒng)主程序流程圖如下 圖 。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 設(shè) 置 給定啟 動(dòng) 系 統(tǒng)采 集 電 流 電壓采 集 當(dāng) 前 速度變 頻 調(diào) 速 子程 序結(jié) 束故 障 中 斷 子程 序等 待 中 斷 圖 系統(tǒng)主程序 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 24 系統(tǒng)的主程序有以下幾個(gè)環(huán)節(jié)： ； ，啟動(dòng)控制系統(tǒng)； A、 B 兩相的電流，且實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換； ； PI 調(diào)節(jié)； PWM 波形，并驅(qū)動(dòng)逆變器； 系統(tǒng)的主程序是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程程序，它顯示出系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的過(guò)程。主要是處理系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)采集、控制算法和中斷處理，它有系統(tǒng)通過(guò)鍵盤的給定開始，進(jìn)行當(dāng)前數(shù)據(jù)的采集，然后進(jìn)行變頻控制的核心算法。 系統(tǒng)脈寬調(diào)制程序 系統(tǒng)的核心可以說(shuō)是如何進(jìn)行變頻變壓控制，用什么方法實(shí)現(xiàn) SPWM 等，這些都將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。正如前面章節(jié)介紹，系統(tǒng)采用SPWM 逆變技術(shù)，采用正弦波與三角波進(jìn)行調(diào)制。而 SPWM 信號(hào)主要由軟件生成，依靠 DSP 控制器產(chǎn)生三相互差 120 度的 3 對(duì) SPWM 波來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的開關(guān)進(jìn)行控制。 圖 是系統(tǒng)控制變頻的流程圖 。 啟 動(dòng) 系 統(tǒng)讀 取 當(dāng) 前 編 碼 器 的 信 號(hào)計(jì) 算 當(dāng) 前 速度與 給 定 值 進(jìn) 行 比 較相 等 ？進(jìn) 行 P I D 控 制計(jì) 算 新 的 占 空比進(jìn) 行 脈 寬 調(diào)制輸 出 新 的 S P W M 脈 寬NY 圖 系統(tǒng)變頻系統(tǒng)控制流程圖 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 25 define U_DC 24 /*電源直流電壓 */ unsigned int num_f_d=33。 /*modulate frequency devide*/ /*調(diào)制正弦波的單周期內(nèi) PWM的細(xì)分?jǐn)?shù) */ float b_time=。 /*啟動(dòng)時(shí)的電壓因數(shù)，實(shí)際加載電壓為 *U_DC*/ unsigned int pwm_half_per=2020。 /*PWM調(diào)制頻率 */ /*4000 PWM=5KHz*/ /*2020 PWM=10KHz*/ unsigned int timer2_per=1000。 /*啟動(dòng)時(shí)的正弦波周期 =(timer2_per*128*25)ns */ /****************************公式 ***************************/ /* F/V = (312500/(b_time*電源電壓 *(T2PR)*num_f_d)**********/ /*********************************************************/ /*啟動(dòng)時(shí) V ＝ b_time*U_DC = *24 /*F= 10exp9/(timer2_per*128*25) */ /**************************************************************/ /******啟動(dòng)時(shí) F/V = 312500/(*U_DC*1000*33) = ***********/ /******啟動(dòng)時(shí)的 F/V不可改動(dòng) **************************************/ float F_V_radio= 。 /*速度調(diào)節(jié)中 F和 V都隨 AD采樣動(dòng)態(tài)變換，與上述相關(guān)變量 b_time /*采樣時(shí)間設(shè)置如下： */ /*采樣時(shí)間計(jì)算以 I_LOOP為單位，即 I_LOOP每計(jì) 1的時(shí)間為 (pwm_half_per*25)ns /*電流采樣的時(shí)間間隔為 (pwm_half_per*25)*I_DIV, 總點(diǎn)數(shù)為(I_LOOP/I_DIV) /*速度采樣的時(shí)間間隔為 (pwm_half_per*25)*SPEED_DIV, 總點(diǎn)數(shù)為(I_LOOP/SPEED_DIV) 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 26 */ define I_LOOP 2048 define I_DIV 1 /*電流采樣的大小計(jì)算如下 : /* Isample = ((I_result*)/)/(*) /*由于直流無(wú)刷電機(jī)幾乎是空載運(yùn)行，所以電流幾乎為 0 */ . include include define PI extern void ini(void)。 extern interrupt void timer2_isr(void)。 extern interrupt void inter2_isr(void)。 void delay5s(void)。 float sin_table[33]={0,,, ,,0, ,, ,,0}。 extern float b_time。 extern void adc_soc(void)。 extern void init_adc(void)。 /*extern void qep_init(void)。*/ /****************************** MAIN ROUTINE ***************************/ void main(void) { unsigned int i,j。 ini()。 init_adc()。 /* qep_init()。*/ asm( CLRC INTM)。 /* start process*/ for(i=0。i10。i++) delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 基于 DSP 的三相異步電機(jī)控制 27 /* begin speed control*/ *IMR |= 0x0001。 adc_soc()。 for(。)delay5s()。 } void delay5s(void) { unsigned long i。 for(i=0。i500000。i++)。 } include include include