基于DSP 2812三相数字变频调速系统的设计

冯 毅

（包头职业技术学院电气工程系 内蒙古 包头 014030）

鼠笼式异步电机因其有很多优点如结构简单，运行稳定可靠，几乎免维护而被广泛应用，但是其调速性能不如直流电机，因而在一些应用中如精确定位、速度控制、转矩控制等要求较高场合下不得不使用直流电动机。在异步电机要实现这些功能和提高控制精度，需要采用复杂的控制算法，这些复杂的控制算法中包含了大量的数据运算，对于控制系统也要满足实时性的要求，因此对微处理器的运算能力和处理能力要求更高。传统单片机在性能上已经很难满足人们的要求。随着IT技术的发展，数字信号处理器的（DSP）出现解决了处理器的运算能力和速度问题。特别是电机控制专用DSP,其集成了电机控制所需的外围器件，如AD转换器、PWM发生器和一些专用逻辑电路，给开发高性能的调速控制系统带来极大方便。

1 系统的控制原理

本系统采用直接转矩控制，根据反馈值计算得出的量（转矩、磁链）与给定值相比较，根据偏差大小，选择合适的电压矢量（开关状态），电压矢量对定子磁链进行控制，从而改变转矩，直接转矩控制系统基本结构原理见图1。系统的外环为转速控制环，内环为磁链、转矩控制环。定子磁链观测采用U-I模型。即：

式中：Ψsα、Ψsβ为 αβ 坐标系下的定子磁链分量；usα、usβ为 αβ 坐标系下的定子电压分量；isα、isβ为 αβ 坐标系下的定子电流分量；Rs为定子电阻；np为电机极对数；Te是电磁转矩。

图1 直接转矩控制系统原理图

根据直接转矩控制系统的数学模型，知道系统在进行控制时，首先需要检测定子电压、定子电流、转速ω，低速时还要准确检测Rs，已得到更加准确的定子磁链检测值；然后根据电机模型计算Ψs、Te，从而得到ΔΨs和ΔTe；通过磁链、转矩控制器得到控制信号，由开关状态选择单元产生SVPWM驱动信号，实现电机的直接转矩控制。

2 系统硬件方案介绍

本系统主要由DSPTMS320F2812，三菱IPM功率模块及一些外围电路组成，系统硬件框图如图2所示。

图2 变频调速系统结构图

主电路采用交-直-交变频电路，控制电路以DSP为核心及其外围辅助电路组成，并可通过通信端口连接键盘及显示屏，完成多种数据输入及管理功能，如变频参数的设定，运行状态的显示等。

2.1 TMS320F2812 DSP的主要特点

DSP2812是TI公司推出的功能强大的32位定点DSP，最大的特点是速度有了质的飞跃，频率高达150M，大大提高了控制系统的控制精度和处理能力。在高精度控制领域占有不少份额。

2.2 功率模块驱动电路

本系统采用日本三菱的IPM智能模块，型号为ps12036，IPM将功率器件IGBT和驱动电路集成在一起。为避免IPM的上下桥臂“直通”现象，需要对PWM信号先加互锁电路，然后到隔离驱动和电平转换再送IPM的控制端，电路如图3所示。

图3 IPM门极互锁驱动电路

2.3 电流检测电路

电流检测采用两个霍耳电流传感器，分别检测ia，ib，型号为 Honeywell csne151-104，其工作电压为±15V，经过 I/U 转换电路，得到0～3V电压信号，送至A/D模块，电流检测电路见图4。

图4 电流检测电路

图5

2.4 速度检测电路

速度反馈信号检测采用光电脉冲编码器，它输出两个相位相差90的脉冲信号，经整形光电隔离后送入DSP的正交编码脉冲单元（QEP）中，由内部4倍频后，通过定时器对脉冲进行计数，利用软件算法得到转速值。

硬件部分多充实点自己设计的东西及创新点所在！

3 软件设计

软件程序的设计主要由主程序和中断程序组成，具体流程图如图5所示。

4 结束语

以TMS320F2812为控制核心的交流变频调速系统，大大简化了硬件电路设计，能够更好的实现系统所需的快速性和实时响应。实验表明，系统控制精度高，实时性好，性能优良。

［1］徐科军，等.TMS320X281x DSP原理与应用[M].北京航空航天大学出版社出版，2006.

［2］冯江华，等.异步电动机的直接转矩控制[J].电工技术学报，1999，14（3）：29-33.

［3］Mitsubishi，PS12036 数据手册[S].

［4］陈伯时，等.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社，2003.

［5］李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京：机械工业出版社，1999.