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基于DSP的开关磁阻电机速度控制器的设计研究

时间:2017/8/22 9:22:00   来源:本网   添加人:admin

  福州大学学报(自然科学版)基于DSP的开关磁阻电机速度控制器的设计研究迟岩,谢瑜,罗炳莲(集美大学信息工程学院,福建厦门361021)的特点,用脉冲宽度调节PWM技术的控制方法实现了速度闭环控制。主要研究通过位置反馈实现闭环速度控制;采用TMS320LF2407芯片作为控制芯片,组成具有人机交互接口的硬件电路;采用模块化编程的方法编写了控制算法和接口电路的程序,从而实现了开关磁阻电机SRM的全数字化控制。

  开关磁阻电机是80年代中期发展起来的新型电机,它融电力电子技术、微电子技术和电机控制技术于一体,为典型的机电一体化产品。SRD与直流调速系统和异步电动机变频调速系统相比较,具有结构简单、成本低、损耗小、效率高、可控参数多、控制灵活、起动电流小、起动转矩大,坚固耐用,适用于恶劣环境中使用等优点,因此近年来在牵引运输、通用工业、家用电器等领域得到了广泛应用。另一方面,随着SRM应用领域的日益广泛,对SRM控制产品需求不断增加,现代电机控制技术也变得越来越重要。但SRM的控制以前大多数采用单片机进行控制,电路采用的元器件多、运行速度慢、硬件结构复杂、系统运行可靠性差、控制灵活性小,不利于SRM在更多领域中的应用。DSP的出现,为电机系统的数字化控制注入了新的生机,提高了电机的控制性能,拓宽了应用领域。

  本文所研究的全数字化开关磁阻电机速度控制器,在功能上根据转子位置状态和实际转速发出相应绕阻开、关信号,设计编写的软件实现电动机状态值的采样与计算、速度环控制算法的实施以及PWM波信号的输出。该系统把DSP和先进的数字控制算法相结合111,克服了模拟元器件的缺点,使得SRM调速系统控制灵活,解决了SRM的非线性带来的一系列问题,为模拟控制向数字控制的发展提供了一些有益的。

  1系统硬件总体设计方案基金项目:福建省自然科学基金计划资编号:电机系统中DSP组成的速度控制器根据转子的位置信息,并综合各种保护信号和给定信息、转速情况给出SRM各相的通断信号,实现数字PI调节和产生定频调宽的PWM信号,为驱动电路提供控制信号,从而控制IGBT管的开通和关断。系统的硬件框图如所示。

  仿真接口外存接口振荡器电源硬件系统结构框。1速度给定输入电路设计和实现速度给定是通过键盘来实现的。系统直接使用DSP的端口F来实现键盘给定的功能。IOPF3~IOPFO设为4条行线,IOPF6 ~IOPF4设为3条列线。CPU控制端口F输出扫描信号,先使IOPF3输出低电平,其余为高电平‘1“。扫描第1行,同时逐步读入列线状态,若为全”1“,表示该行无键按下,接着使IOPF2输出低电平,其余为高电平;扫描第2行,若读入列状态不为全”1“,表示该行有键按下,被短路的列线为0.根据所得键位码,可由程序识别按键,依此类推。

  1.2功率变换器的设计和实现系统功率变换器采用单开关的功率电路形式,选用的是三菱IPM功能模块,型号为PM50RSA060,额定工作环境为直流600V/50A,最大开关频率为15kHz.它将一部分控制电路、保护电路以及功率开关器件本身等集成在一个模块中,这样使用起来更小巧、灵活方便,能减小系统的体积、成本以及开发时间,同时大大增强了系统的可靠性并降低运行功耗。IPM模块本身工作电压是由15V的直流电压源提供的。在调速系统中,交流电通过整流后送给IPM模块,同时控制器输出的PWM信号也送给IPM模±,这两路信号通过IPM作用后输出的信号直接送给开关磁阻电机。控制器与IPM模块之间的连接是通过光电耦合器件。

  1.3位置检测电路的设计和实现位置传感器检测转子的相对位置,然后位置信号反馈至DSP作为换相模式转换等环节的输入信号,并用于转速估算。

  由于DSP的事件管理器中有一个正交编码脉冲(QEP)电路,它在使能时,会对引脚QEP1和QEP2上的正交编码盘输入脉冲进行解码和计数。当电机轴上的光学编码器产生正交编码脉冲由QEP1、QEP2引脚输入时,QEP电路的方向检测逻辑测定哪个脉冲序列的相位领先,然后产生一个方向信号DIR作为选定定时器的方向输入。两个正交编码输入X、Y脉冲的两个沿均被QEP电路计数,产生CLK脉冲序列,作为选定定时器的时钟输入。本系统采用增量式编码盘,选定通用定时器GP2设置为双向加减计数模式。X、Y两相信号每个脉冲周期代表2tt /=90°转子角,该信号经DSP的QEP电路四倍频后,分辨率为90°/=22.5°由于数值太高,必须再对其进行倍频。经512倍频后,X、Y两相脉冲代表90°/12气)。2°。再输入到DSP中,经QEP电路四倍频,则用来测速的CIK脉冲信号测角分辨率可达0.2°/= 2DSP系统的设计过程目前,DSP系统的设计还没有非常好的设计方法。所示是DSP系统设计的一般过程。

  系统采用的数字信号处理芯片是美国TI(德州仪器)公司生产的卿,DSP宁改娣,杨拴科DSP控制器原理及应用王晓明,王玲电动机的DSP控制一TI公司DSP应用北京:北京航空航天大学出版社,2004