基于DSP的交流异步电机高精度调速系统设计
针对交流异步电机的特性，设计了一套基于dsp的交流异步电机高精度调速系统。系统应用矢量控制技术作为系统的总体控制方案，以ti公司电机控制的高速数字信号处理器（dsp）tms320f2812为系统的核心处理器，三菱电机公司的ps21246智能功率模块（ipm）为逆变器件，在此基础上运用空间电压矢量脉宽调制技术和模糊pi控制算法，构建了一个基于tms320f2812dsp的交流异步电机高精度控制平台。
关键词：dsp；ipm；矢量控制；svpwm；模糊pi
近20年来，随着新型电力电子器件的出现，控制器也实现了从8位单片机到32位dsp的转变，特别是新型控制方法的出现，如：矢量控制、直接转矩控制以及模糊控制等，使得高精度交流异步电机调速系统实现成为可能。矢量控制具有转矩平滑，调速范围宽的特点。空间矢量脉宽调制技术（spacevectorpwm，svpwm）物理概念清晰，电机脉动转矩小，直流电压利用率高，且易于实现。本文设计并实现了一套基于dsp的高精度交流调速系统，系统采用高速dsp芯片tms320f2812作为核心，基于矢量控制与svpwm相结合的控制方式，利用tms320f2812芯片的事件管理器模块（eventmanager，ev）产生对称svpwm脉冲，逆变器则采用智能功率模块（inligentpowermodule，ipm），保证了系统可靠性。在此基础上综合模糊pi控制算法，zui终设计并构建了基于dsp的高精度交流调速系统。
1、系统的硬件总体设计
系统为基于高性能处理器的全数字交流调速系统，利用处理器实现对电机的速度环和电流环控制，与传统的模拟调速系统相比，有着结构简单、功能灵活多样、抗*力强等优点。
系统由弱电控制、强电驱动以及信号采集3部分组成。弱电控制部分是系统的控制核心，其完成对电机的控制、信号量的设定。强电驱动部分是由逆变电路、三相整流桥和三相交流电源组成，其将不可控的三相交流电转化为频率可控的三相交流电来驱动电机。信号采集部分则由电流、测速传感器组成，负责对电机进行电流和转速的检测，为系统提供反馈信号。以上3部分有机的组合在一起就构成了一个高精度交流电机调速系统。
2、主要硬件芯片的选型及相关电路设计
2．1dsp芯片的选型
主处理器选择了ti（美国德州仪器）公司的tms320f2812芯片，f2812是ti公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点dsp芯片，zui高可在150mhz主频下工作。f2812片内集成众多资源：存储资源flash、ram；标准通信接口，如串行通信接口（sci）、串行外设接口（spi）、增强型ecan总线接口，方便与外设之间进行通信。在f2812内部还集成了一个12位的adc转换模块，zui高采样速率达12．5ms／s；f2812片上还包括事件管理器（ev）、定时器、看门狗以及大量的用户可开发利用的gpio口等资源。该芯片具有很高的性价比，广泛应用于工业控制，特别是应用于处理速度、处理精度方面要求比较高的领域，十分适合于本文的高精度电机控制系统。
2．2逆变电路
逆变电路将整流后的直流电变成可控的交流电，考虑系统的安全性和稳定性要求，此部分采用模块化的设计思想，即选择智能功率模块ipm作为功率器件。
ipm是一种*的功率开关器件，具有高电流密度、低饱和电压、耐高压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率等优点。ipm内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也增强了系统的可靠性。
系统采用了日本三菱电机的ps-21246系列的ipm智能功率模块。当ipm发生故障时，fo引脚输出低电平，产生pdpint功率保护中断，实现保护。2．3高速隔离电路
为实现低压数字电路和高压功率电路之间的电气隔离，通常采用光耦隔离，另外，由于svpwm算法输出信号频率较高，需要反应速度较快的光耦，普通的p521光耦无法满足速度要求，故设计中采用的是一款的ipm驱动芯片hcpl-4504。
hcpl-4504是美国安捷伦公司专为ipm等功率器件设计的高速光电隔离接口芯片，瞬间共模比为15kv／μs，内部集成高灵敏度光传感器，可以准确、快速反应信号变化状况，极短的寄生延时合适于ipm，是功率器件接口的解决方案。
2．4电平转换驱动电路
由于hcpl-4504需要的的驱动电流为16ma，而dsp为3．3vttl电平标准，其输出的电流只有na数量级，因而无法直接驱动。因此，系统需要增设电平转换驱动电路
选用的芯片sn74alvc164245是ti公司推出的一款3态输出电平转换芯片，提供2×8道的3．3v转5v（反之亦可）的电平转换接口，zui大可输出24ma电流，其中a端为5v电平，b端为3．3v电平。
2．5霍尔电流传感器
霍尔电流传感器是利用霍尔效应来测量电流的，不仅能测直流电流，也能测交流电流，测量精度和量程比电流互感器高，受温度影响很小，且不会产生电流过载。霍尔电流传感器的功耗极低，这是其他互感器无法达到的。系统采用qbc-sy／syw系列闭环霍尔电流传感器，该系列电流传感器的初、次级之间是绝缘的，具有*抗*力，用于测量直流、交流和脉动电流。
该款传感器集成了调理电路，在zui大可测量输入电流3a条件下，输出电压4v。由于驱动电机的额定输入电流为1．12a，所以其zui大输出电压可达，但这并不符合tms320f2812的输入要求，故还需要另加上一组信号调理电路，将输出电压从±1．5v调理到0～3v，才能符合dsp内部3．3va／d参考电压的要求。
信号调理电路需使用rc4558和tlv431两种芯片，其中rc4558为双路高性能运放；tlv431为低压可调精密分流稳压器，用作输出一个1．5v的恒定电压供给信号调理电路使用。信号调理电路工作原理为：当电压信号输入时，先利用放大器作一级跟随处理，然后进行反相，zui后进行加法运算。
2．6旋转编码器
为了实现矢量控制，就必须对电动机的实际转速进行测量，因为tms32f2812本身的事件管理器中有正交编码脉冲电路，用于连接光电编码脉冲以获得旋转机械的位置和速率，方案中转速测量就采用旋转编码器。
系统综合考虑后选择了eltra公司的el40a1024z5增量式编码器作为系统得测速单元。其分辨率达到了1024脉冲／转，带有零脉冲，输出电平为npn集电极开路输出，可直接连接dsp，测量转速zui高可达6000转。
tms320f2812有两个事件管理器（eva、evb），每个事件管理器（ev）模块都有一个正交编码器脉冲（qep）电路，它们可以直接与编码器相连，用来检测转速。如果电路被使能，那么可以对从cap1／qep1和cap2／qep2（eva）或cap4／qep3和cap5／qep4（evb）引脚上输入的正交编码脉冲进行解码和计数。当qep电路被使能，cap1／cap2和cap4／cap5引脚上的捕获功能将被禁止。
3、系统软件设计
系统软件采用模块化设计，可以分为2个部分；主程序和中断服务子程序。
主程序中对硬件和变量进行初始化，对各个控制寄存器置初值，对运算过程中使用的各种变量分配地址并设置相应的初值。初始化模块仅在dsp上电复位后被执行一次，然后进入循环等待时期
中断服务子程序是系统的核心部分，包括pwm中断服务子程序，故障保护中断服务子程序，串行中断服务子程序。其中pwm中断服务子程序负责对电流a／d转换、速度计算、矢量变换、svpwm输出等。故障保护中断服务子程序在系统出现故障时，将会立即禁止pwm输出。串行中断服务子程序则负责dsp与pc上位机之间的通信
初始化之后，系统的运行交由中断服务子程序控制。pwm中断服务子程序负责两相定子电流的采样，转速的计算，矢量变换以及svpwm调制，是系统实现矢量控制的核心部分。系统采用模块化编程，把pwm中断服务子程序分为电流采样模块，电机转速计算模块，矢量控制坐标变换模块，模糊pi调节模块，svpwm调制模块。
4、结语
针对交流调速的特点，设计了一套基于dsp的交流异步电机高精度调速系统。该系统应用矢量控制技术作为系统的总体控制方案，以ti公司电机控制的高速dsptms320f2812为系统的核心处理器，三菱电机公司的ps21246智能功率模块（ipm）为逆变器件，在此基础上运用空间电压矢量脉宽调制（spacevectorpulsewidthmodulation，svpwm）技术和pi控制算法，构建了一个基于tms320f2812dsp的交流异步电机高精度控制平台。实验表明，系统基本满足高精度调速要求，十分适合于伺服控制系统。
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近20年来，随着新型电力电子器件的出现，控制器也实现了从8位单片机到32位dsp的转变，特别是新型控制方法的出现，如：矢量控制、直接转矩控制以及模糊控制等，使得高精度交流异步电机调速系统实现成为可能。矢量控制具有转矩平滑，调速范围宽的特点。空间矢量脉宽调制技术（spacevectorpwm，svpwm）物理概念清晰，电机脉动转矩小，直流电压利用率高，且易于实现。本文设计并实现了一套基于dsp的高精度交流调速系统，系统采用高速dsp芯片tms320f2812作为核心，基于矢量控制与svpwm相结合的控制方式，利用tms320f2812芯片的事件管理器模块（eventmanager，ev）产生对称svpwm脉冲，逆变器则采用智能功率模块（inligentpowermodule，ipm），保证了系统可靠性。在此基础上综合模糊pi控制算法，zui终设计并构建了基于dsp的高精度交流调速系统。
1、系统的硬件总体设计
系统为基于高性能处理器的全数字交流调速系统，利用处理器实现对电机的速度环和电流环控制，与传统的模拟调速系统相比，有着结构简单、功能灵活多样、抗*力强等优点。
系统由弱电控制、强电驱动以及信号采集3部分组成。弱电控制部分是系统的控制核心，其完成对电机的控制、信号量的设定。强电驱动部分是由逆变电路、三相整流桥和三相交流电源组成，其将不可控的三相交流电转化为频率可控的三相交流电来驱动电机。信号采集部分则由电流、测速传感器组成，负责对电机进行电流和转速的检测，为系统提供反馈信号。以上3部分有机的组合在一起就构成了一个高精度交流电机调速系统。
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2．1dsp芯片的选型
主处理器选择了ti（美国德州仪器）公司的tms320f2812芯片，f2812是ti公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点dsp芯片，zui高可在150mhz主频下工作。f2812片内集成众多资源：存储资源flash、ram；标准通信接口，如串行通信接口（sci）、串行外设接口（spi）、增强型ecan总线接口，方便与外设之间进行通信。在f2812内部还集成了一个12位的adc转换模块，zui高采样速率达12．5ms／s；f2812片上还包括事件管理器（ev）、定时器、看门狗以及大量的用户可开发利用的gpio口等资源。该芯片具有很高的性价比，广泛应用于工业控制，特别是应用于处理速度、处理精度方面要求比较高的领域，十分适合于本文的高精度电机控制系统。
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2．4电平转换驱动电路
由于hcpl-4504需要的的驱动电流为16ma，而dsp为3．3vttl电平标准，其输出的电流只有na数量级，因而无法直接驱动。因此，系统需要增设电平转换驱动电路
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系统软件采用模块化设计，可以分为2个部分；主程序和中断服务子程序。
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4、结语
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实验台的台面的种类
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