基于DsP的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張梅梅

（江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，宿遷 223600）

近年來，伴隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提高，很多公司也注意到電力拖動(dòng)程序的安全保障。電力拖動(dòng)程序指的是電氣和機(jī)械二者相結(jié)合的系統(tǒng)，其對(duì)于機(jī)械行業(yè)來說是十分重要的內(nèi)容。電力拖動(dòng)程序大致包括以下幾方面：電源開關(guān)、電動(dòng)機(jī)、操控設(shè)施、傳動(dòng)設(shè)施等，每一項(xiàng)在整個(gè)系統(tǒng)中都有著格外重要的地位。

1 關(guān)于電力拖動(dòng)程序的整體設(shè)計(jì)

1.1 操控程序大體結(jié)構(gòu)

電力拖動(dòng)程序中含有電流、直流電流、轉(zhuǎn)速，需要進(jìn)行必要的檢查，檢查之中應(yīng)著重注意各關(guān)鍵處線路，這是由于各關(guān)鍵處線路關(guān)系到運(yùn)行功能，且這些線路還能對(duì)靜態(tài)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行延伸。IPM是交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓的一個(gè)過程，在這一過程中，將頻率可調(diào)式的三項(xiàng)交流電與異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，有效保證異步電動(dòng)機(jī)的高效能與變頻調(diào)速的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1是電力拖動(dòng)程序的硬件構(gòu)造圖，根據(jù)圖1給出的內(nèi)容，我們可以知道整體電力拖動(dòng)操控程序大致分為3個(gè)組成部分：功率模塊方面；控制模塊方面；檢查模塊方面，這三個(gè)部分大致上可以說是組成電力拖動(dòng)程序的關(guān)鍵。

將電流霍爾傳感器TBC3OP電路連接在逆變橋的另一端，能夠組成一塊電流檢查線路，在電流信號(hào)從霍爾電流傳感器中輸出后，還要經(jīng)過處理才能被送到數(shù)字信號(hào)處理器的一端；直流電壓在檢查電路中含有電阻、電壓霍爾傳感器、整流器等一系列電子元器件；電子螺旋編碼器可以通過觀點(diǎn)隔絕電路，讓檢查的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)字信號(hào)處理器的正交編碼器脈沖線路中。正交編碼器在經(jīng)過計(jì)算后可得知大致的轉(zhuǎn)速；MAX232可以將數(shù)字信號(hào)處理器和電腦進(jìn)行關(guān)聯(lián)；TMs320LF2407是為了使用電機(jī)操控設(shè)置的單片機(jī)而專門制造的，里面有64K大小的程序放置空間，為能夠達(dá)到更廣闊的存儲(chǔ)范圍，這種電力拖動(dòng)硬件程序中擁有一種高效能的CMOs靜態(tài)存儲(chǔ)器，稱為CY7C1021BV33，這種存儲(chǔ)器可以用來擴(kuò)大程序，在傳輸過程中不會(huì)區(qū)分字節(jié)的高低。

1.2 功率模塊

功率模塊不單單是由不可操控整流、濾波電路以及IPM三者進(jìn)行組合，IPM模塊采納了日本著名企業(yè)三菱的PM25RLA120，在內(nèi)部合成了有著低消耗特點(diǎn)的芯管、檢查線路以及驅(qū)動(dòng)電路等。關(guān)于IPM的故障原因輸出信號(hào)為F0，可以通過光電接到DsP線路上，對(duì)于IPM出現(xiàn)故障時(shí)，DsP能夠讓一些相關(guān)的處理器輸出引腳卻不生成阻止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)，在此過程中不會(huì)讓PWM信號(hào)進(jìn)行輸出，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)形成保護(hù)。IPM在同一個(gè)橋臂之中的開關(guān)管上有阻截作用，并且可以進(jìn)行互鎖工作。所以，DsP在進(jìn)行PWM信號(hào)傳輸時(shí)需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一，會(huì)燒毀TGBT模塊。IPM中逆變功能的作用有六種，在進(jìn)行過程中其開關(guān)觸發(fā)的控制信號(hào)會(huì)受TMs320所輸出的六路PWM波的控制，通過功率管進(jìn)行必要的規(guī)律通斷，能夠?qū)⒅绷麟娔孀冾l率調(diào)節(jié)為三相交流電，提供給異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組。在此過程中，DsP運(yùn)作會(huì)發(fā)出微弱的PWM信號(hào)，因此在驅(qū)動(dòng)IPM之前需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)處理，同時(shí)系統(tǒng)采用不可控整流二極管模塊，將模塊內(nèi)部的流二極管組與三相橋式不可控整流電路組合成一個(gè)可運(yùn)作的整體，讓電解電容形成濾波電路。

1.3 操控電路

數(shù)字信號(hào)處理器的控制電路一共由五部分組成，它主要是用來處理PID的算法，對(duì)PWM進(jìn)行有效輸出以及檢測(cè)轉(zhuǎn)速等，在進(jìn)行高性能傳動(dòng)控制中，TM23系列的芯片可以讓信號(hào)處理方面有更好的改進(jìn)。PWM在電路方面的使用對(duì)控制電路有很大的方便，可以減少PWM波形產(chǎn)生的費(fèi)用，用戶的工作量也會(huì)相應(yīng)減小，從而簡化相關(guān)的外部設(shè)備和控制軟件。

1.4 檢查線路

電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢查采用的編碼器為s2000B，然后形成閉環(huán)控制，TMs320LF2407有著正交編碼脈沖電路QEP，可以通過光電編碼器用脈沖的定位來明確電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，也可以通過記錄脈沖數(shù)量來確定具體的位置。當(dāng)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)的時(shí)候，QEP電路的方向檢查可以連接到光電編碼A相的QEP1引腳上，脈沖序列的相位高于光電編碼器B相的脈沖信號(hào)。如此便會(huì)出現(xiàn)一個(gè)方向信號(hào)T1，其在運(yùn)用中起到定時(shí)、計(jì)數(shù)方向的作用，并且當(dāng)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)，定數(shù)器上的數(shù)值會(huì)逐漸遞減，光電編碼輸出的信號(hào)藍(lán)與光耦進(jìn)行光電隔離。

1.5 電流、電壓檢測(cè)

在電機(jī)的一個(gè)相電流檢測(cè)中，需要使用電流傳感器TBC309P，然后將信號(hào)進(jìn)行一定程度的放大，在通過高速雙向二極管BAV99進(jìn)行限制后傳送到DsP的A/D轉(zhuǎn)換端中，所采用的信號(hào)比例為30A-3.0V.

使用電壓傳感器LV28-P對(duì)直流母線電壓進(jìn)行全面檢測(cè)，將檢測(cè)出來的信號(hào)進(jìn)行一定程度的放大，通過使用高速雙向二極管BAV99進(jìn)行限制后送到DsP的A/D轉(zhuǎn)換端口中，進(jìn)行采樣的信號(hào)比例為500V-3.0V，并且可以通過IPC直流側(cè)的直流母線電壓進(jìn)行全面的檢測(cè)和控制，這樣可以保障開關(guān)管IGBT的安全。此外，還可以通過PWM控制信號(hào)然后得出IPM提供給電機(jī)交流電壓的數(shù)據(jù)大小，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。

2 軟件系統(tǒng)

2.1 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制

交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多輸入多輸出的強(qiáng)耦合非線性系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中采用矢量來進(jìn)行控制，可以將異步電動(dòng)機(jī)中的模型來進(jìn)行坐標(biāo)變換，讓它能夠成為直流電動(dòng)機(jī)的模型，然后在將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的兩個(gè)分量，并分別加以控制，從而達(dá)到磁通和轉(zhuǎn)矩的解慪控制，實(shí)現(xiàn)類似流電機(jī)的控制效果。在空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)中，在電壓源逆變器供電的情況下，能夠按照三相電機(jī)的定子產(chǎn)生跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方式控制逆變器開關(guān)動(dòng)作，通過這樣的控制方法，可以提高直流側(cè)電源電壓的利用效果，計(jì)算方式也比較簡單，大大減少了開關(guān)損耗，降低了轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。

在進(jìn)行矢量控制時(shí)，可以從零轉(zhuǎn)速開始控制速度，這樣可以保持較好的低速運(yùn)行性能，調(diào)速范圍較大，可以對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度非?？?，電動(dòng)機(jī)加速特性比較好。在TMs320LF2407中可以提供六路PWM波控制逆變器，從而開始驅(qū)動(dòng)二相一部交流電動(dòng)機(jī)?？梢酝ㄟ^光電編碼器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，通過計(jì)算可以得到對(duì)定子相電流的控制。

2.2 軟件操作

拖動(dòng)操控程序里面的軟件大多數(shù)都是由主程序以及子程序進(jìn)行一定的組合。主程序與子程序有著不相同的功能，主程序能夠用來初始化系統(tǒng)，檢查里面的電壓、電流及速度，并且能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的一些故障進(jìn)行診斷，這樣就可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的方法。子程序的作用是實(shí)現(xiàn)電流環(huán)之間的位置轉(zhuǎn)換，當(dāng)PWM發(fā)生一定變化時(shí)，系統(tǒng)速度操控需要進(jìn)行準(zhǔn)確化，進(jìn)而提升開展效率。

3 結(jié)語

本文所講解的操控系統(tǒng)大量使用了DsP的高速運(yùn)算方法以及豐富的內(nèi)外資源，系統(tǒng)中外圍電路較少，具有比較高的可靠性。此外，使用IPM簡化了電機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，能夠讓控制電機(jī)變得更加有效和可靠。