DSP在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

夏 偉

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

雖然市場上的電機(jī)體積小、價(jià)格低廉、運(yùn)行質(zhì)量也較好、性能比較優(yōu)越，但是，實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)面臨著大電流波動(dòng)和瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩問題，這給電機(jī)正常運(yùn)行造成很大的影響，甚至?xí)龤щ姍C(jī)，所以，在電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用DSP技術(shù)，能對(duì)電流和電壓進(jìn)行控制。

DSP是數(shù)字信號(hào)處理的簡稱，其涉及領(lǐng)域較多，應(yīng)用非常廣泛。計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了DSP技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。DSP控制器在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)電機(jī)智能化控制，執(zhí)行更為復(fù)雜的操作指令，具有操作簡單、控制準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)檢測電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常狀況及時(shí)進(jìn)行控制和保護(hù)，確保電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 DSP電機(jī)控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)使用的是哈佛結(jié)構(gòu)，是種并行體系結(jié)構(gòu)，將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到不同的存儲(chǔ)空間中，由兩個(gè)獨(dú)立服務(wù)器獨(dú)立運(yùn)行，使用各自的編碼和訪問路徑，提升了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理能力。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

DSP技術(shù)優(yōu)化了電機(jī)控制系統(tǒng)，尤其是在硬件方面表現(xiàn)良好，可對(duì)電機(jī)進(jìn)行智能化控制，操作難度較小，使電機(jī)變得輕便、操作簡單、安裝方便，提升了電機(jī)的實(shí)用性能，且能源消耗較少。

1.3 系統(tǒng)功能

DSP電機(jī)控制系統(tǒng)使用統(tǒng)一的控制電路，對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行統(tǒng)一控制和管理，依據(jù)不同的電機(jī)類型編寫相應(yīng)的控制程序，具有很好的適用性。如：DSP通過三相逆變器控制感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)等，這些電機(jī)的硬件類似，找出控制規(guī)律，進(jìn)行程序編寫，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。

2 DSP在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

DSP技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，需要根據(jù)電機(jī)用途編寫控制程序，編寫程序之前，要確定電機(jī)控制方式。控制方式?jīng)Q定著電機(jī)運(yùn)行，而控制芯片是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制系統(tǒng)各個(gè)部件的運(yùn)行，其性能決定著系統(tǒng)功能的發(fā)揮，是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。DSP控制系統(tǒng)的程序流程圖，包含啟停檢測、故障診斷、電路保護(hù)等判斷流程及控制流程的走向。當(dāng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，開始自檢，判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況，如果系統(tǒng)發(fā)出故障警告，由技術(shù)人員進(jìn)行維修，若沒有故障信息，由操作人員發(fā)出控制指令，確認(rèn)執(zhí)行指令操作后，系統(tǒng)正常啟動(dòng)。

2.1 啟動(dòng)控制

晶閘管控制著系統(tǒng)的啟動(dòng)，是電機(jī)控制系統(tǒng)的開關(guān)，電機(jī)的端電壓除了與功率因數(shù)有關(guān)，還與觸發(fā)角有著密切聯(lián)系，但是端電壓和控制角之間缺少相同的控制屬性。PID控制算法簡單、實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，控制參數(shù)之間沒有關(guān)聯(lián)，且參數(shù)計(jì)算簡單，實(shí)踐和理論證明，其是最優(yōu)控制器。使用PID控制電機(jī)啟動(dòng)，應(yīng)用其自動(dòng)化調(diào)整功能，對(duì)控制參數(shù)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)電機(jī)參數(shù)變化，調(diào)整電機(jī)控制策略，保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)DSP控制系統(tǒng)的智能化控制。電機(jī)啟動(dòng)有兩種，即限流和全壓。限流啟動(dòng)的原理是將PID控制應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)，通過調(diào)整電機(jī)允許的最大電流，來控制電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)PID控制接收到電流處于穩(wěn)定值的反饋信號(hào)后，結(jié)束啟動(dòng)控制。全壓啟動(dòng)的原理是控制角的觸發(fā)脈沖快速增長至最大值，同時(shí)端電壓增長至給定值，電機(jī)控制系統(tǒng)中的過電流需設(shè)置較高，一般為給定值的5倍，當(dāng)電機(jī)內(nèi)的啟動(dòng)電流超過系統(tǒng)的過電流給定值時(shí)，PID控制啟動(dòng)，通過降低電機(jī)電流，進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)控制。

2.2 停車策略

停車主要分為自由停車和軟停車兩種控制策略。自由停車控制，主要是控制門極信號(hào)，關(guān)閉晶閘管后，晶閘管中失去了電流，導(dǎo)致沒有電壓輸出，端電壓的輸入電壓變?yōu)榱?，受到?fù)載和轉(zhuǎn)矩的影響，實(shí)現(xiàn)了停車，只有在要求停車的情況下，才可以進(jìn)行停車操作，正常情況下，是不需要進(jìn)行停車操作的。軟停車，是緩慢停止電機(jī)運(yùn)行，將電機(jī)中的電壓通過控制器的調(diào)節(jié)，按照一定速率，緩緩降低電壓的輸入，端電壓逐漸變小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨著減小，當(dāng)電壓降到最低值時(shí)，電機(jī)中輸入的電壓不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)停車。使用DSP電機(jī)控制系統(tǒng)可控制晶閘管的控制角，逐漸減少電壓輸入，給電機(jī)一個(gè)緩沖時(shí)間，使正常運(yùn)行的控制角發(fā)生移動(dòng)，逐漸降低端電壓，當(dāng)降到最低值時(shí)，電機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 信號(hào)檢測電路

信號(hào)檢測電路中應(yīng)用三相交流調(diào)壓器，可檢測控制信號(hào)，得到信號(hào)后進(jìn)行電機(jī)的控制操作。其運(yùn)行原理是調(diào)壓器檢測到信號(hào)后，產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，在電路中形成同步脈沖，晶閘管接收到觸發(fā)脈沖，使控制角發(fā)生180°的移動(dòng)。使用三相交流調(diào)壓器檢測定子電流，通過檢測電流大小，作為檢測電路的信號(hào)來源。

2.3.2 電壓檢測電路和故障保護(hù)電路

電壓檢測電路使用了三相整流器，電路檢測母線電壓，輸入到整流器中，通過電壓控制，完成對(duì)電機(jī)的監(jiān)控。故障保護(hù)電路，將采集到的電壓、電流數(shù)據(jù)輸入到光電耦合器中，產(chǎn)生控制信號(hào)，傳輸至DSP控制器，經(jīng)控制器判斷后，執(zhí)行控制系統(tǒng)的保護(hù)指令。

2.3.3 DSP控制器

DSP控制器作為電機(jī)的大腦，對(duì)電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行全面的控制、監(jiān)管、保護(hù)，運(yùn)行機(jī)制主要是外部發(fā)出控制信號(hào)，由芯片接收后，將信號(hào)傳輸給DSP控制器，經(jīng)由晶閘管的控制角，將控制信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)置外部傳感電路，實(shí)時(shí)檢測電壓和電流信號(hào)，通過接收到的過壓和欠壓信號(hào)，發(fā)出控制指令，調(diào)整電壓波動(dòng)。根據(jù)檢測到的過流和中斷信號(hào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流異常，并發(fā)出保護(hù)指令，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制和保護(hù)。

2.3.4 晶閘管

DSP控制系統(tǒng)通過編寫的程序，判斷電機(jī)的運(yùn)行狀況，并發(fā)出控制指令，由PWM信號(hào)輸出端口輸出調(diào)制的脈沖，形成晶閘管觸發(fā)脈沖，然后輸入到光耦合器件，經(jīng)過反相器處理后，使觸發(fā)信號(hào)放大，進(jìn)入脈沖變壓器，實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)晶閘管的控制。

3 結(jié)語

DSP技術(shù)作為一種新型技術(shù)，通過對(duì)電壓和電流信號(hào)的采集和處理運(yùn)行編寫的程序，對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停車處理，提升了電機(jī)整體性能，促進(jìn)了電機(jī)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展。DSP電機(jī)控制系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測功能，可判斷電機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)，保證電機(jī)正常啟動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)管電機(jī)運(yùn)行過程中電壓和電流的波動(dòng)情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，維護(hù)電機(jī)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，提升電機(jī)運(yùn)行效率。