DSP技术在煤矿电机控制中的应用

张灿星，王　雷，张梨明山东鲁泰控股集团有限公司鹿洼煤矿，山东济宁　272300

DSP技术在煤矿电机控制中的应用

张灿星，王雷，张梨明
山东鲁泰控股集团有限公司鹿洼煤矿，山东济宁272300

随着科学技术的发展，针对煤矿电机的保护与控制技术也在不断的革新和进步。而DSP技术是数字信息时代的一个重要技术标志，也是一项应用十分宽广的数据处理技术。DSP技术通常是指是数字信号处理和数据处理芯片，其计算速度十分快捷并且十分精确。本文从DSP技术的发展和基本内容出发，探讨DSP技术在煤矿电机控制中的应用和重要作用。

煤矿电机；DSP技术；控制

信息时代的到来，引发了社会各个领域深层次的变化。无论是生产技术还是生产管理，信息技术的普及和运用是一种时代趋势。而信息时代中关于数据的处理，即DSP技术的运用也逐渐蔓延。本文重点从传统煤矿电机的控制与保护出发，结合DSP技术的发展与特点，对DSP技术在煤矿电机的控制应用进行探讨和分析。

1　DSP技术的概述

1.1DSP技术的概述

DSP技术是英语digital signal processing的简称，即数字信号处理。其是一门涉及了电子信息技术和计算机技术以及应用数学等多门学科的新兴技术。其应用十分广泛，概因其强大的数据处理能力和数据分析能力。其被广泛的运用在各个生产领域。DSP同样也包含了数字信号处理芯片，其是由数字信号处理器和DSP定点控制器等多个子系统组成。数字信号处理器是针对数字信号进行高速运算的专用处理器，其主要特点是速度快且功耗低。数字信号处理器也是最为人们所熟知的一个部分。如数字通信和图像处理都是借助强大的数字信号处理器。世界上第一台DSP芯片是由1982年美国德州仪器公司所研发生产，这标志数字信号大规模处理时代的到来。而DSP定点控制器最为常见的则是关于GPS的运用。总而言之，经过多年的发展，DSP技术已经是一种相当成熟的信息技术，其在信息时代的地位会越来越重要，并且将引导世界未来经济的发展和技术的改革。

1.2DSP技术的优势

DSP技术的优势主要体现在以下几个方面：一是其强大的数据处理能力意味着DSP技术能够及时的处理规模巨大的数据流，能及时的分析管理过程中各种数据的变化与异常；二是随着科学技术的发展，电机的生产构造也发生了深刻的变化，而基于数据时代的到来，只有DSP技术才能满足新型电机的工作需求；三是DSP技术的集成化与系统化为电机的日常运行提供了安全保障。对于传统电机而言，周边环境的干扰和变化都会影响到电机的运转和效率，而DSP技术则是受外界环境的影响较少，能够较为稳定的实现对电机数据的监控与管理。同时，集成化的构造能促使DSP技术在处理电机所有数据的采集和分析的过程中，显得更为便捷和高效。

1.3DSP技术的典型组成

DSP技术的具体构造多种多样，其外观形体也各不相同。但总的而言，其在主要的运作系统方面是大同小异的，如下图所示。

这是一个典型的DSP系统，其表明了大多数的DSP系统是如何通过输入系统和输入系统进行数据处理。从图中我们可以发现DSP技术是通过对数字信号的两次转换实现数据的传输，而数据的处理则是通过DSP芯片的数据处理系统实现数据运算和处理。并且，数据的稳定和统一则是通过输入端和输出端的不同过滤电波实现其统一。需要注意的是，信号的不失真很大程度上取决于采样频率和输入频率的大小，一般而言，采样频率要大于输入端的最高频率。而输入端的抗混叠滤波也是为了保证信息的完整而进行的设置。

2　传统煤矿电机控制的不足

传统煤矿电机在实际生产过程中存在着许多不足，主要表现在两个方面：一是电机控制不足；二是电机的保护不足。在一定程度上，电机的额控制与保护是相关联的。本质上，电机的控制是为了实现安全生产，并且尽可能的实现最小消耗，而电机的保护本身就涉及到电机的合理控制和成本的问题，这也是许多学者和一线管理者在探讨电机的控制时往往与电机的保护相联系的原因。传统电机的控制不足主要表现在两个方面，一是电机需要的合理运作状态没有得到控制，往往出现控制不足或失控的状态。如一定的电流的输出，如一定电压之间的切换。另一方面则是关于电机的信息处理方面的不足，导致对电机工作状态的监控不足，从而在生产环节中出现崩坏的现象，严重影响生产进度和效率。而关于电机的保护，在一定程度上同样也体现了这一个问题，即缺少对电机的控制，导致电机的保护不到位，电机损耗较大。

3　DSP技术在煤矿电机控制中的应用

3.1DSP技术在煤矿电机中的具体操作

DSP技术的应用不是简单的进行DSP处理器的安装和设置，其包含了其他一系列的设置。在煤矿电机控制技术中，我们首先需要涉及的是关于电机的变频调速技术，这一技术的基本控制方法——正弦脉宽调制（SPWM）方法使用较为普遍，而这一技术的使用促使逆变器所输出的电压和正弦波电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术所需的正弦波相似。SVPWM技术能够形成一个圆形的旋转磁场，其主要作用是减少逆变器所输出的电压的谐波成分，同时也能减少电动机的谐波耗损。因此，DSP技术在煤矿电机控制方面的应用主要是完成矢量控制等繁杂的数据计算，产生所需要的PWM波，并驱动IGBT等器件，实现对逆变器等装置输出的控制，实现电动机的数字化。

3.2DSP 技术在煤矿电机应用的组成

DPS技术在煤矿电机中的应用设计到DPS技术的装置与安排，这里主要分析其硬件组成部分和软件部分的设置和选择。在硬件方面，我们可以采用新型DSP芯片——TMS320F2812型号的控制芯片，并且利用异步电动机作为矢量控制系统，同时采用可编程I/0接口收集反馈信息。煤矿电机的电流信息的反馈通过ADC通道，传输给处理系统，然后进行合理的调节；而通过传递电机的相关信息，计算出电机的转速，可以实现对其及时监控；而电机的相电流的瞬时速度能通过处理器计算其运行参数。所有与电机的电流的大小和速度等相关的信息，最后都被转换为数据信息，通过数据处理系统的计算，能得出电机的转速和滑差等数据，从而便于对电机进行调节和控制。此外，电机控制系统的开发板一般采用的是DSP2812开发板，主要是其性能较好。在软件方面，主要包含三个主要部分，一是电机控制主程序，二是中断程序。其中各自又包含了许多模块和子系统。如系统初始化子系统，如转换模块、ADC子模块、速度求解模块、PARK逆转换、SVPWM模块等等。

3.3SVPWM原理

在DSP技术中，有一个最基本的运作原理，即SVPWM原理，其通过PWM将电机的变频调速方法——正弦脉宽调制SPWM和煤矿电机的磁链运转的圆形轨迹联系在一起。SVPWM技术通过电机运转的圆形旋转磁场，能减少逆变器所输出的电压的谐波成分，同时也能减少电动机的谐波耗损。SVPWM对电机的控制和调节主要是通过利用各种电压空间矢量的合成来实现，通过对电压空间矢量的交替利用，我们可以实现频率的稳定和和谐。电压空间矢量主要由六个基本的电压矢量和两个零矢量组成。基本电压矢量是主要是形成正在工作扇区的矢量，零矢量则是用来弥补其中的缺漏和平衡。

4　结论

DSP技术在应用过程中主要借助的是DSP数据处理器的强大运算功能，而如何收集煤矿电机的相关数据则是DSP技术应用的前提。正弦脉宽调制SPWM方法和PWM方法是传统电机工作中所不具备的。DSP技术在煤矿电机控制中的运用是科学技术发展的表现，而具体运作过程中，则是需要根据煤矿电机运转的特点进行科学合理的设计和材料的选择。

［1］邓英浩，闫磊.基于DSP技术的煤矿电机控制应用［J］.企业导报，2014（14）：129，104.

［2］张勇.基于DSP的矿用电机车变频调速系统研究与设计［D］.淮南：安徽理工大学，2009.

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1674-6708（2015）152-0120-02