高性能DSP在直接转矩控制系统中的应用序

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:400

1 引言

　　随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术得到了长足的发展，在高性能的交流调速领域内出现了矢量控制（vc）和直接转矩控制（dtc）两种控制思想。其中dtc技术摒弃了vc中的需要解耦的控制思想，它具有简单的控制结构、良好的动静态性能和快速的响应速度等特点，它一诞生就得到了广泛关注，目前已成为研究的热点问题。本文将介绍基于tms320f2812 dsp芯片的交流感应电动机直接转矩控制系统。

2 直接转矩控制原理结构

　　直接转矩控制系统基本原理图如图1所示。

图1 直接转矩控制基本原理图

　　在图1中，逆变器有三个桥臂，每个桥臂上存在互锁的两个开关si、（i＝1，2，3），通过控制si的开关状态如图1（a）所示，可以得到8个电压空间矢量us（加到电动机定子绕组上），其中6个为工作电压空间矢量，它们等幅且两两相隔60°，连接这6个电压空间矢量的顶点可构成一个正六边形，另外的两个为零矢量，位于六边形的中心，如图1（b）所示。通过正确的开关的通断，可顺序形成不断旋转的电压空间矢量，从而在异步电动机气隙形成旋转的磁链，而通过零矢量的恰当选择可以控制磁链的平均旋转速度。定子磁链ψμ、转子磁链ψγ以及转矩之间td存在关系:，θ为定子磁链与转子磁链之间的夹角，即磁通角，lσ为转子漏感。在实际的运行中，为充分利用电动机铁心，保持定子磁链幅值为额定值，而转子磁链幅值由负载的大小决定，要改变电动机转矩的大小，可以通过改变磁通角θ的大小来实现。在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量us来控制定子磁链的旋转，控制定子磁链的走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角θ的大小，以达到控制电机转矩的目的[1>。

3 高性能dsp tms320f2812芯片

　　在直接转矩控制系统中，dsp芯片是控制器的核心，所有复杂的控制算法和控制策略都通过它来实现。tms320f2812是texas公司c28tm系列中最新成员，其高速的运算能力、强大的实时处理能力和高度集成化的设计结构，使得它在控制领域内得到了人们的青睐。下面介绍tms320f2812主要特点，其结构框图[2>如图2所示。

图2 tms320f2812功能图

　　tms320f2812的cpu是基于c28xtm的32位定点内核，主频达150mhz。tms320f2812芯片具有高度集成的结构，在片内集成大量的外设（如图2所示），这些外设包括:事件管理器eva/evb、16通道12位模数转换器adc、看门狗定时器watchdog、通用输入输出引脚gpio、多通道缓冲串行外设mcbsp、改进can总线接口、双通道串行通信接口scia/scib、串行外设接口spi等。与c28xtm dsp以前的芯片相比，tms320f2812有自己的特点:
（1）它是c2000系列中第一代32位的定点dsp芯片（c24xtm为16位dsp芯片）;
（2）芯片内部有3个32位定时器;
（3）具有12位的adc（以前的为10位）和双通道scia/scib;
（4）有多通道缓冲串行外设mcbsp;
（5）采用改进的哈佛结构和八级流水线作业;
（6）存储空间大大扩展，其片内存储器资源包括:128k字×16位的flash存储器、128k字×16位的rom、1k字×　　　　　　　16位的opt rom、一块1k字×16的saram、l0和l1上各有8k字×16位的saram、m0和m1上各8k字×16的saram;
（7）可以执行32×32位的二进制补码乘法操作，并产生64位的结果;
（8）它是c2000系列性能最高的芯片，处理速度达150mips，实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法如无速度传感器的定向控制、运动轮廓的识别和功率因数的校正等，并且其代码与以前各个型号的dsp兼容，它也是目前处理c/c++代码效率最高的dsp芯片（就c2000系列而言）。由于这些特点，tms320f2812dsp有着广泛的应用空间。

4 基于tms320f2812的直接转矩控制系统

　　由于dsp的优越性能，它可被用于数字化控制中，现介绍一个基于tms320f2812 dsp 的直接转矩控制系统，其方框图[3>如图3所示。

图3 基于dsp的直接转矩控制系统原理图

4.1 系统组成及其控制原理
　　系统主要由交流电源、整流滤波电路、逆变模块ipm、交流异步电动机m、tms320f2812dsp芯片、电压电流检测电路、pwm脉冲及光耦