一種SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在電力傳動控制領(lǐng)域中，變頻技術(shù)的數(shù)字控制逐漸成為研究的焦點。文章針對一款洗衣機驅(qū)動芯片AKM201MPGx調(diào)速問題，提出了一種電流環(huán)變頻方法。

關(guān)鍵詞：電流環(huán)；變頻；SPWM

引言

SPWM法是一種比較成熟的，目前使用廣泛的PWM（pulse width modulation）法。采樣控制理論中有這樣一個結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同[1]。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，且和正弦波等效的PWM波形。它廣泛地用于直流交流逆變器等[2]。

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用在電力傳動控制領(lǐng)域中，變頻技術(shù)的數(shù)字控制逐漸成為研究的焦點。一般的電機不能在滿負荷下運行，除了達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費[3]，利用變頻技術(shù)可以在壓力偏高時通過改變占空比大小以降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能[4]，減小對機體的磨損壓力。如何在電機轉(zhuǎn)動時進行合理變頻？為解決此問題，文章提出了一種有效的SPWM實時控制方法。

1 SPWM常見控制算法

常見的控制如表1所示：

表1 常見的控制算法

2 電機控制設(shè)計

SPWM算法需要對轉(zhuǎn)速的實時控制，而且所需要的占空比要非常精確。結(jié)合上述要求，文章提出了一種檢測電流實時控制轉(zhuǎn)速的方案。外部驅(qū)動控制原理圖如圖1所示，外部驅(qū)動具體思路如下：

（1）設(shè)置片上定時器/計數(shù)器的周期。（2）設(shè)置TIMER中斷時間，控制PWM接通時間。（3）設(shè)置PWM定時器周期，這個參數(shù)決定PWM波形的頻率。（4）設(shè)置PWM定時器比較值，這個參數(shù)決定PWM波形的占空比。（5）設(shè)置PWM死區(qū)，為了避免上下橋臂的直通。（6）設(shè)置PWM保護機制Trig_Zone，配置電壓過大的PWM的輸出高低。（7）設(shè)置PWM中斷，產(chǎn)生soc信號控制ADC采集電流電壓信息。（8）將ADC采集的電流電壓數(shù)據(jù)傳遞給外部除法器，計算出下一時刻的占空比存于變量。（9）每當(dāng)PWM中斷來臨的時候讀取寄存器值，進而改變占空比控制電機。（10）霍爾三相位置驅(qū)動利用GPIO中斷進行位置判斷。

內(nèi)部驅(qū)動控制原理圖如圖2所示，內(nèi)部速度調(diào)節(jié)具體思路如下：（1）設(shè)置一個斜坡控制，以保證初始電壓不會太高，導(dǎo)致機體啟動時抖動。（2）速度環(huán)進行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，經(jīng)Clark變換及Park變換以Iq*作為輸出，交給電流環(huán)再次進行調(diào)節(jié)。（3）電流環(huán)對q軸電流Iq以及d軸電流Id根據(jù)Park反變換得出Uq*和Ud*，再進行SPWM調(diào)制。

由圖3可看出，U、V、W三相在工作的時候會有正弦波小范圍的波動。整體看來輸出平穩(wěn)，實測中并沒有發(fā)現(xiàn)毛刺。達到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語

（1）由此設(shè)計的SPWM調(diào)速方法得到的正弦波波形較好，程序簡單，操作方便，并且支持頻率變化范圍較大的SPWM波形，非常適合變頻調(diào)速系統(tǒng)，已經(jīng)成功的運用在一些設(shè)備中，達到預(yù)期的運行效果。（2）實時計算相對于原始的查表法來說，查表法更適用于那些頻率變化不大，而且查表法若想達到一定的變化幅度勢必要增加數(shù)據(jù)占用空間。而實時計算則不需要龐大的空間即可完成大范圍的變化。

參考文獻

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作者簡介：李健鐸（1990-），男，遼寧沈陽人，碩士，研究方向：通信與通訊控制。