摘要：針對(duì)交流異步電機(jī)的特性，設(shè)計(jì)了一套基于DSP的交流異步電機(jī)高精度調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用矢量控制技術(shù)作為系統(tǒng)的總體控制方案，以TI公司電機(jī)控制專(zhuān)用的高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）TMS320F2812為系統(tǒng)的核心處理器，三菱電機(jī)公司的PS21246智能功率模塊（IPM）為逆變器件，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和模糊PI控制算法，構(gòu)建了一個(gè)基于TMS320F2812 DSP的交流異步電機(jī)高精度控制平臺(tái)。
　　關(guān)鍵詞：DSP；IPM；矢量控制；SVPWM；模糊PI
　　近20年來(lái)，隨著新型電力電子器件的出現(xiàn)，控制器也實(shí)現(xiàn)了從8位單片機(jī)到32位DSP的轉(zhuǎn)變，特別是新型控制方法的出現(xiàn)，如：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制以及模糊控制等，使得高精度交流異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成為可能。矢量控制具有轉(zhuǎn)矩平滑，調(diào)速范圍寬的特點(diǎn)?？臻g矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（space vector PWM，SVPWM）物理概念清晰，電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，直流電壓利用率高，且易于實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于DSP的高精度交流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)采用高速DSP芯片TMS320F2812作為核心，基于矢量控制與SVPWM相結(jié)合的控制方式，利用TMS320F2812芯片的事件管理器模塊（event manager，EV）產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)SVPWM脈沖，逆變器則采用智能功率模塊（intelligent power module，IPM），保證了系統(tǒng)可靠性。在此基礎(chǔ)上綜合模糊PI控制算法，最終設(shè)計(jì)并構(gòu)建了基于DSP的高精度交流調(diào)速系統(tǒng)。
　　1 系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)為基于高性能處理器的全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)，利用處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度環(huán)和電流環(huán)控制，與傳統(tǒng)的模擬調(diào)速系統(tǒng)相比，有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能靈活多樣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖1為交流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
　　
　　系統(tǒng)由弱電控制、強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)以及信號(hào)采集3部分組成。弱電控制部分是系統(tǒng)的控制核心，其完成對(duì)電機(jī)的控制、信號(hào)量的設(shè)定。強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)部分是由逆變電路、三相整流橋和三相交流電源組成，其將不可控的三相交流電轉(zhuǎn)化為頻率可控的三相交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。信號(hào)采集部分則由電流、測(cè)速傳感器組成，負(fù)責(zé)對(duì)電機(jī)進(jìn)行電流和轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，為系統(tǒng)提供反饋信號(hào)。以上3部分有機(jī)的組合在一起就構(gòu)成了一個(gè)高精度交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
　　2 主要硬件芯片的選型及相關(guān)電路設(shè)計(jì)
　　2．1 DSP芯片的選型
　　主處理器選擇了TI（美國(guó)德州儀器）公司的TMS320F2812芯片，F(xiàn)2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性?xún)r(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片，最高可在150 MHz主頻下工作。F2812片內(nèi)集成眾多資源：存儲(chǔ)資源FLASH、RAM；標(biāo)準(zhǔn)通信接口，如串行通信接口（SCI）、串行外設(shè)接口（SPI）、增強(qiáng)型eCAN總線接口，方便與外設(shè)之間進(jìn)行通信。在F2812內(nèi)部還集成了一個(gè)12位的ADC轉(zhuǎn)換模塊，最高采樣速率達(dá)12．5 MS／s；F2 812片上還包括事件管理器（EV）、定時(shí)器、看門(mén)狗以及大量的用戶(hù)可開(kāi)發(fā)利用的GPIO口等資源。該芯片具有很高的性?xún)r(jià)比，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，特別是應(yīng)用于處理速度、處理精度方面要求比較高的領(lǐng)域，十分適合于本文的高精度電機(jī)控制系統(tǒng)。
　　2．2 逆變電路
　　逆變電路將整流后的直流電變成可控的交流電，考慮系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性要求，此部分采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，即選擇智能功率模塊IPM作為功率器件。
　　IPM是一種先進(jìn)的功率開(kāi)關(guān)器件，具有高電流密度、低飽和電壓、耐高壓、高輸入阻抗、高開(kāi)關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率等優(yōu)點(diǎn)。IPM內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測(cè)和保護(hù)電路，不僅減小了系統(tǒng)的體積以及開(kāi)發(fā)時(shí)間，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
　　系統(tǒng)采用了日本三菱電機(jī)的PS-21246系列的IPM智能功率模塊。當(dāng)IPM發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)O引腳輸出低電平，產(chǎn)生PDPINT功率保護(hù)中斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
　　2．3 高速隔離電路
　　為實(shí)現(xiàn)低壓數(shù)字電路和高壓功率電路之間的電氣隔離，通常采用光耦隔離，另外，由于SVPWM算法輸出信號(hào)頻率較高，需要反應(yīng)速度較快的光耦，普通的P521光耦無(wú)法滿(mǎn)足速度要求，故設(shè)計(jì)中采用的是一款專(zhuān)用的IPM驅(qū)動(dòng)芯片HCPL-4504。
　　HCPL-4504是美國(guó)安捷倫公司專(zhuān)為IPM等功率器件設(shè)計(jì)的高速光電隔離接口芯片，瞬間共模比為15 kV／μs，內(nèi)部集成高靈敏度光傳感器，可以準(zhǔn)確、快速反應(yīng)信號(hào)變化狀況，極短的寄生延時(shí)合適于IPM，是功率器件接口的完美解決方案。