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交流异步电机高精度调速系统设计

作者:志成时间:2011-06-21 15:05来源:哈尔滨汇丰电子 浏览: LOGING....

DSP的交流异步电机高精度调速系统设计近20年来,随着新型电力电子器件的出现,控制器也实现了从8位单片机到32位DSP的转变,特别是新型控制方法的出现,如:矢量控制、直接转矩控制以及模糊控制等,使得高精度实现成为可能。矢量控制具有转矩平滑,调速范围宽的特点。空间矢量脉宽调制技术(space vector PWM,SVPWM)物理概念清晰,电机脉动转矩小,直流电压利用率高,且易于实现。本文设计并实现了一套基于DSP的高精度交流调速系统,系统采用高速DSP芯片TMS320F2812作为核心,基于矢量控制与SVPWM相结合的控制方式,利用TMS320F2812芯片的事件管理器模块(event manager,EV)产生对称SVPWM脉冲,逆变器则采用智能功率模块(intelligent power module,IPM),保证了系统可靠性。在此基础上综合模糊PI控制算法,最终设计并构建了基于DSP的高精度交流调速系统。

1、系统的硬件总体设计DSP的交流异步电机高精度调速系统设计

系统为基于高性能处理器的全数字交流调速系统,利用处理器实现对电机的速度环和电流环控制,与传统的模拟调速系统相比,有着结构简单、功能灵活多样、抗干扰能力强等优点。图1为交流调速系统的结构框图。

 

系统由弱电控制、强电驱动以及信号采集3部分组成。弱电控制部分是系统的控制核心,其完成对电机的控制、信号量的设定。强电驱动部分是由逆变电路、三相整流桥和三相交流电源组成,其将不可控的三相交流电转化为频率可控的三相交流电来驱动电机。信号采集部分则由电流、测速传感器组成,负责对电机进行电流和转速的检测,为系统提供反馈信号。以上3部分有机的组合在一起就构成了一个高精度交流电机调速系统。

2、主要硬件芯片的选型及相关电路设计

2.1 DSP芯片的选型

主处理器选择了TI(美国德州仪器)公司的TMS320F2812芯片,F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32 位定点DSP芯片,最高可在150 MHz主频下工作。F2812片内集成众多资源:存储资源FLASH、RAM;标准通信接口,如串行通信接口 (SCI)、串行外设接口(SPI)、增强型eCAN总线接口,方便与外设之间进行通信。在F2812内部还集成了一个12位的ADC转换模块,最高采样速率达12.5 MS/s;F2 812片上还包括事件管理器(EV)、定时器、看门狗以及大量的用户可开发利用的GPIO口等资源。该芯片具有很高的性价比,广泛应用于工业控制,特别是应用于处理速度、处理精度方面要求比较高的领域,十分适合于本文的高精度电机控制系统。

2.2 逆变电路

逆变电路将整流后的直流电变成可控的交流电,考虑系统的安全性和稳定性要求,此部分采用模块化的设计思想,即选择智能功率模块IPM作为功率器件。

IPM是一种先进的功率开关器件,具有高电流密度、低饱和电压、耐高压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率等优点。IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路,不仅减小了系统的体积以及开发时间,也增强了系统的可靠性。

系统采用了日本三菱电机的PS-21246系列的IPM智能功率模块。当IPM发生故障时,FO引脚输出低电平,产生PDPINT功率保护中断,实现保护。2.3 高速隔离电路

为实现低压数字电路和高压功率电路之间的电气隔离,通常采用光耦隔离,另外,由于SVPWM算法输出信号频率较高,需要反应速度较快的光耦,普通的P521光耦无法满足速度要求,故设计中采用的是一款专用的IPM驱动芯片HCPL-4504。

HCPL-4504是美国安捷伦公司专为IPM等功率器件设计的高速光电隔离接口芯片,瞬间共模比为15 kV/μs,内部集成高灵敏度光传感器,可以准确、快速反应信号变化状况,极短的寄生延时合适于IPM,是功率器件接口的完美解决方案。



 

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