基于dsp数字信号处理器的三相异步电机控制

基于dsp数字信号处理器的三相异步电机控制内容摘要：

如图 所示的持续向上 /下计数方式工作时，将产生对称的 PWM 波输。 在这种计数方式下，计数器的值由初值开始向上跳增，当到达 T1PR 值时，开始递减跳变，直至计数器的值为零时又重新向上跳增，如此循环往复。 在计数器跳变的工程中，计数器的值都与比较寄存器 CMPRx（ x= 3） 的值作比较，当计数器的值与任一比较寄存器的值相等，则对应的该相方波输出发生电平翻转，如图 所示，在一个周期内，输出的方波将发生两 次电平翻转。 从图 还可以看出插入死区时间后波形的变化情况，死区的宽度从 0～ 12181。 s 可调。 系统中考虑到所用功率器件的开通和关断时间，设定 PWM 波的死区时间为 ，只要在每个脉冲周期根据在线计算改写比较寄存器 CMPR 的 值，就可实时地改变 PWM 脉冲的占空比。 死区单元的工作原理是：它根据全比较单元输出的 PWM 信号作为输入，根据其跳变沿来使能装载 8 位减计数器， 8 位减计数器的计数值由 DBTCON 的高 8位提供，时钟由 CPU 输入时钟通过 DBTCON 的第 4 位决定的预定标因子分频后作为计数器时钟，在计数器减计数到 0 前， 比较器输出为低电平封锁与门。 由此可以产生 PWM 信号死区。 PWMx( 5)信号的输出根据 XDTPH 来决定，ACTR 控制高有效时输出 XDTPH ，低有效时输出 XDTPH。 PWMx（ 6）信号的输出根据 _XDTPH 来决定， ACTR 控制高有效时输出 _XDTPH ，低有效时输出 _XDTPH。 DSP 的死区根据 ACTR 的高低有效性而改变，高有效时不允许上下管的控制信号同为高电平，低有效时不允许同为低电平。 因此 DSP 死区时间对高、低电平开通均有效。 软件产生死区只需将 DBTCON 的高八位载入一定数值，即可实现。 结构图如图 所示。 T I C N TT I P R周 期比 较 匹 配死 区 时 间P W M x （ 低 有 效 值 ）P W M x （ 高 有 效 值 ）t 图 对称 PWM 波产生机理 基于 DSP 的三相异步电机控制 20 边 沿 检 测预 定 标 器计 数 器比 较 器8 位 死 区 寄 存 器死 区 控 制 寄存 器P H xC l o c k内 部 总 线D T P H xD T P H x 图 死区控制寄存器结构图 系统软件设计 在本系统中，软件编程主要涉及转速计算、电流电压测量、 PI 控制、 PWM波形实现以及故障检测，包括对程序空间、数据空间、外部 I/0 空间、外部事件管理模块、 A/D 转换模块、看门狗等资源的操作。 而本系统软件设计主要放在转速 PI 控制器模块、 PWM 发生器模块、和转速采样器模块。 在控制器中， DSP 主要需要完成的任务是根据外部的指令生成 PWM 波形，并发出驱动信号。 另外还要实现保护、显示等功能。 本系统的软件由三部分构成 ： 系统的初始化程序，主要在系统启动之前，把所有的寄存器内部值初始化 ； 系统的主程序。 系统主程序是系统控制的核心，它主要包括系统的算法、系统控制的思路、对系统的实时监视和控制。 它主要分为系统给定、系统采集、系统算法。 中断服务子程序。 它 主要为故障显示中断服子程序。 故障显示中断服务子程序的主要任务就是 :当控制系统出现意外或不可控的况时 （ 过电压保护、过电流保护、欠电压保护、 IPM 故障保护 ） ，那么 DSP 就会发生故障中断，立即关闭逆变电路，并且显示故障信号。 便于及时的保护系统，使由于故障而引起的损失减小到最低。 系统初始化 系统初始化有以下主要部分组成 ： ； ； ； ； e. I/O 口初始化； f. SCI、 SPI、 A/D 初始化； 基于 DSP 的三相异步电机控制 21 开 始关 中 断关 看 门 狗设 置 D S P 时钟初 始 化 事 件 管 理 器 和 程 序变 量初 始 化 I / O 口初 始 化S C I , S P I , A / D 口切 除 充 电 电 阻开 中 断主 程 序 图 系统初始化程序 系统的主程序 系统主程序流程图如下 图。 开 始系 统 初 始 化系 统 设 置 给定启 动 系 统采 集 电 流 电压采 集 当 前 速度变 频 调 速 子程 序结 束故 障 中 断 子程 序等 待 中 断 图 系统主程序 基于 DSP 的三相异步电机控制 22 系统的主程序有以下几个环节： ； ，启动控制系统； A、 B 两相的电流，且实现 A/D 转换； ； PI 调节； PWM 波形，并驱动逆变器； 系统的主程序是系统运行过程程序，它显示出系统正常运行时的过程。 主要是处理系统运行中的数据采集、控制算法和中断处理，它有系统通过键盘的给定开始，进行当前数据的采集，然后进行变频控制的核心算法。 系统脉宽调制程序 系统的核心可以说是如何进行变频变压控制，用什么方法实现 SPWM 等，这些都将会对系统的精度和稳定性产生影响。 正如前面章节介绍，系统采用SPWM 逆变技术，采用正弦波与三角波进行调制。 而 SPWM 信号主要由软件生成，依靠 DSP 控制器产生三相互差 120 度的 3 对 SPWM 波来实 现对逆变器的开关进行控制。 图 是系统控制变频的流程图。 启 动 系 统读 取 当 前 编 码 器 的 信 号计 算 当 前 速度与 给 定 值 进 行 比 较相 等。 进 行 P I D 控 制计 算 新 的 占 空比进 行 脉 宽 调制输 出 新 的 S P W M 脉 宽NY 图 系统变频系统控制流程图 基于 DSP 的三相异步电机控制 23 define U_DC 24 /*电源直流电压 */ unsigned int num_f_d=33。 /*modulate frequency devide*/ /*调制正弦波的单周期内 PWM的细分数 */ float b_time=。 /*启动时的电压因数，实际加载电压为 *U_DC*/ unsigned int pwm_half_per=2020。 /*PWM调制频率 */ /*4000 PWM=5KHz*/ /*2020 PWM=10KHz*/ unsigned int timer2_per=1000。 /*启动时的正弦波周期 =(timer2_per*128*25)ns */ /****************************公式 ***************************/ /* F/V = (312500/(b_time*电源电压 *(T2PR)*num_f_d)**********/ /*********************************************************/ /*启动时 V ＝ b_time*U_DC = *24 /*F= 10exp9/(timer2_per*128*25) */ /**************************************************************/ /******启动时 F/V = 312500/(*U_DC*1000*33) = ***********/ /******启动时的 F/V不可改动 **************************************/ float F_V_radio=。 /*速度调节中 F和 V都随 AD采样动态变换，与上述相关变量 b_time /*采样时间设置如下： */ /*采样时间计算以 I_LOOP为单位，即 I_LOOP每计 1的时间为 (pwm_half_per*25)ns /*电流采样的时间间隔为 (pwm_half_per*25)*I_DIV, 总点数为(I_LOOP/I_DIV) /*速度采样的时间间隔为 (pwm_half_per*25)*SPEED_DIV, 总点数为(I_LOOP/SPEED_DIV) 基于 DSP 的三相异步电机控制 24 */ define I_LOOP 2048 define I_DIV 1 /*电流采样的大小计算如下 : /* Isample = ((I_result*)/)/(*) /*由 于直流无刷电机几乎是空载运行，所以电流几乎为 0 */ . include include define PI extern void ini(void)。 extern interrupt void timer2_isr(void)。 extern interrupt void inter2_isr(void)。 void delay5s(void)。 float sin_table[33]={0,,, ,,0, ,, ,,0}。 extern float b_time。 extern void adc_soc(void)。 extern void init_adc(void)。 /*extern void qep_init(void)。 */ /****************************** MAIN ROUTINE ***************************/ void main(void) { unsigned int i,j。 ini()。 init_adc()。 /* qep_init()。 */ asm( CLRC INTM)。 /* start process*/ for(i=0。 i10。 i++) delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 delay5s()。 基于 DSP 的三相异步电机控制 25 /* begin speed control*/ *IMR |= 0x0001。 adc_soc()。 for(。 )delay5s()。 } void delay5s(void) { unsigned long i。 for(i=0。 i500000。 i++)。 } include include include unsigned int period。 unsigned int duty。 unsigned int index_pwm=0。 unsigned int a,b,c,aaa=0。 /*** Constant Definitions ***/ define PI extern float sin_table[99]。 unsigned int adc_res=500。 unsigned int I_result[I_LOOP/I_DIV]。 /*unsigned int Speed_result[2048]。 */ unsigned int i=0。 float fv_ = 0。 /*unsigned int T4_NUM0=0。 unsigned int T4_NUM1=0。 */ /****************************** MAIN ROUTINE ***************************/ void ini(void) { /*** Configure the System Control and Status registers ***/ *SCSR1 = 0x00FD。 /* bit 15 0: reserved 基于 DSP 的三相异步电机控制 26 bit 14 0: CLKOUT = CPUCLK bit 1312 00: IDLE1 selected for lowpower mode bit 119 000: PLL x4 mode bit 8 0: reserved bit 7 1: 1 = enable ADC module clock bit 6 1: 1 = enable SCI module clock bit 5。