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基于DSP的交流电机调速系统研究

作者：赵锦荣 赵霞 边小军 闫键 冯斌 来源：《中国科技博览》2016年第24期

[摘 ;要]介绍交流数字调速系统的主要优点及基本构成，研究一种基于DSP的交流电机调速系统，设计制作DSP控制板并进行调试和性能测试 [关键词]交流 ;调速 ;DSP ;研究

中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0114-01 1 交流数字调速系统概述

1.1 交流电机数字控制系统的主要优点

相对于模拟系统，数字系统具有以下优点：精心设计的微机控制系统能显著的降低硬件成本;系统的可靠性得到了大大改善;数字电路基本上不存在温漂问题，不存在参数变化的影响，可以设计统一的硬件电路，以适合不同的电机控制系统;可以完成复杂的功能，反馈、校正、运算、判断、坐标变换等。

1.2 交流数字调速系统的基本构成

现代通用的变频器主要采用二极管不可控整流和由全控型开关器件（如IGBT）或智能功率模块（IPM -Intelligent Power Module）构成的交—直—交电压源型变频器。 2 基于DSP的交流电机调速系统控制平台的研制

要构建一个完整的电机调速系统，必须要有控制平台，即含有DSP的核心控制板。它可以将电机的控制方法加以实现，发出PWM脉冲信号供IPM的触发控制，能够控制软起动电阻的断开、连接，控制制动电路能量的释放，还能检测IPM的保护信号进行相应的处理。这样由DSP控制板，IPM触发板，主电路，以及检测元件和电机几部分才能构成一个完整的电机调速系统。

2.1 电机控制中的模拟量检测方法

由于DSP控制板主要用于电机控制，所以必须有模拟量的采样和处理电路。由于实际信号的幅值和极性与DSP能够处理的信号不符，所以必须进行相应的处理。电机控制中主要需要检测的物理量有定子电流，直流测电压，转速信号等。 2.1.1 电流检测

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电流检测可以使用电流互感器、分流器、霍尔传感器等。使用较多的是霍尔传感器，它利用霍尔效应，把电流产生的磁信号转化为电信号，其优点是可以实现隔离，而且交直流均可以检测，精度较好，但需要外接电源，价格较高。本文采用LEM电流传感器，由于定子电流的最大值为，故选择LA28-NP型多量程LEM传感器，它可以通过改变原副边绕组的匝比，来调节量程，应用中为了给出较大的裕量，选择量程25A，虽然比14A 大了很多，但后文给出了处理电路的解决方法。LEM传感器的接法如图2.1所示。 2.1.2电压及转速检测

在应用中直流侧的电压同样需要检测，用于过压保护，回馈能量释放，继电器的吸合控制等。这里仍然采用LEM传感器，利用宇波模块，型号CHV-50P，其检测电压范围0～1000V，原边电流10mA，副边输出电流50mA，连接方法如图2.3所示。

转速的检测：转速的检测可以采用轴编码器或测速发电机等，由于DSP内含有与编码器脉冲检测电路配合的硬件电路，可以自动辨别方向，所以采用轴编码器。 2.2 DSP控制板的设计及功能说明

本文制作的LF2407A控制板主要包括如下几个主要逻辑模块和接口： * LF2407A外部存储器; * 数模转换（DAC）接口模块; * 串行接口232，485; * 指示灯和拨码开关; * 片内CAN总线接口; * JTAG接口; * 扩展I/O接口等; 2.2.1 控制板电源设计

由于LF2407A芯片的供电电压要求3.3V，所以在设计控制板时需要将5V电源变为3.3V给CPU供电，因此采用了TPS76833QPWP元件作为电源的转换芯片， 2.2.2 TMS320LF2407A存储器扩展接口

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为了有足够的空间用于程序的编制和数据的存储，以及仿真调试的方便，控制板中附加了64K字的静态程序RAM存储空间和64K字的静态数据RAM存储空间，在外部存储器扩展时，必须考虑到等待状态对外部存储器的影响，片外存储空间（程序、数据或I/O）的等待状态是由等待状态寄存器（WSGR）产生的。控制板上采用了两片64K RAM CYC701021V，最快的存储时间为10ns，基本上不用插入等待时间即可实现数据的读取。只需将2407A地址线，数据线，以及程序存储控制线，数据存储控制线与RAM连接即可。 2.2.3 ;I/O空间地址分配

地址的分配主要利用一片GAL16V8D实现，GAL的编程可以采用ABEL语言;参与地址译码的信号有，参与时序译码的信号有等，主要的外部I/O接口信号包括D/A转换器，拨码开关，LED灯，外扩的I/O口等。它们的地址分配如表2.3所示。

有了上面的地址分配表就可以在实际编程中访问这些空间了，在对外部I/O空间操作时，不仅要有地址上的配合，还要有时序上的配合。 2.2.4 ;数模转换模块

在电机控制当中有些物理量需要实时的观测，可以通过D/A转换变成模拟量输出。为了便于观察，控制板中设置了四路12位的D/A转换通道，输出0～3.3V 单极性的直流电压，利用芯片DAC7625，它由两级缓冲器构成，可以先将数据写入4路相应的缓冲区，最后同时输出四路信号。可以按照以下的方法编制程序：首先分别向I/O映射空间的通道保持器（0000～0003H）写入数据，将数据装载到通道1～4。如果通道的输出值没有改变，则不必重新载入数据，不必按照一个给定的顺序装载缓冲区。然后向传送寄存器（0004）中写入任何一个值就可以将4个保持寄存器中的数据送到转换器并输出。 3 结论

本文主要研究了一个基于DSP的交流电机调速系统，该系统由不可控整流、PWM逆变的交直交主电路，以DSP 为核心的控制电路，模拟量的检测和处理电路以及相关接口电路等组成，通过PWM脉冲信号能够控制电机软起动电阻的断开、连接，控制制动电路能量的释放，还能检测IPM的保护信号进行相应的处理，以满足交流电机调速需要。 参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统.第2版. 北京：机械工业出版社，1992