TMS320F2808實(shí)現矢量控制變頻調速系統

摘要：利用TI公司的數字信號處理芯片TMS320F2808強大的運算能力和快速實(shí)時(shí)處理能力，解決了矢量控制的復雜控制算法難以實(shí)現的問(wèn)題，完成了矢量控制變頻調速系統的硬件及軟件設計。實(shí)驗結果表明，本系統具有良好的穩定性、動(dòng)態(tài)特性，以及快速的故障處理功能。

　　關(guān)鍵詞：矢量控制;異步電機;TMS320F2808

　　引言

　　矢量控制(vector control)是在20世紀70年代出現的一種高性能的控制技術(shù)，其提高了交流調速系統的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。

　　本文根據矢量控制的基本原理，采用TI公司具有強大運算能力和快速實(shí)時(shí)處理能力的數字處理芯片TMS320F2808作為控制芯片，設計了一個(gè)全數字化矢量控制硬件系統，并給出了保護電路、電流檢測電路、轉速檢測電路，以及部分程序流程。

　　1 矢量控制基本原理

　　矢量控制的基本理論是在三相交流電動(dòng)機上模擬直流電動(dòng)機轉矩控制的規律，應用坐標變換Clarke變換把三相交流系統轉換為兩相交流系統，然后通過(guò)Park變換把兩相交流系統轉換為旋轉的直流系統。在轉子磁場(chǎng)定向坐標上，將定子電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵磁分量和產(chǎn)生電磁轉矩的轉矩分量，并使兩分量互相垂直，實(shí)現了定子電流勵磁分量與轉矩分量的解耦，達到對異步電機的磁鏈和轉矩分別控制的目的，從而獲得與直流電機調速系統同樣優(yōu)良的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)調速性能。其基本原理如圖1所示。

　　2 系統硬件電路設計

　　2.1 主回路

　　本系統采用主回路為電壓型的“交-直-交”變頻結構，主要由整流電路、濾波電路以及逆變電路組成。為了使主回路結構簡(jiǎn)單并且便于器件的更換和維修，本設計采用了模塊化的結構設計方案。圖2為基于TMS320F2808的異步電機矢量控制系統的結構框圖。

　　本設計中采用了三菱公司的整流逆變制動(dòng)模塊CP10TD1-24A。其特點(diǎn)是：采用LPT—CSTBTTM硅片技術(shù)和整流、逆變、制動(dòng)、NTC溫度檢測一體化壓注模小型封裝，飽和壓降低，模塊熱阻小，內置NTC溫度傳感器等。

　　2.2 控制回路

　　由于矢量控制系統的計算量較大，所以控制回路采用TI公司的DSP芯片TMS320F2808及其外圍電路，來(lái)實(shí)現矢量控制核心算法、相關(guān)電壓電流的檢測處理等功能。

　　2.2.1 供電電路

　　圖3為供電電路。為了提高控制系統的穩定性和延長(cháng)器件的使用壽命，本設計采用高性能穩壓芯片、低壓差電壓調節器LM1117，為T(mén)MS 320F2808提供可靠的供電電源。分別選用3.3 V和1.8 V的固定電壓輸出芯片為DSP供電，其輸出電流可達800 mA，輸出電壓的精度在±1%以?xún)?，并具有電流限制和熱保護功能。

　　2.2.2 JTAG仿真調試接口電路

　　為了便于調速系統與上位機相連接，實(shí)現仿真器對DSP的訪(fǎng)問(wèn)并進(jìn)行矢量控制調速程序的仿真與調試，JTAG仿真調試接口電路是變頻調速設計中必不可少的。具體電路圖如圖4所示。

　2.2.3 過(guò)、欠壓保護電路

　　為了提高系統的可靠性，更好地保護逆變器元件和異步電機，調速系統應設置一套準確的保護措施以防止各種故障的發(fā)生。本文采用直流母線(xiàn)電壓的過(guò)、欠壓保護電路，如圖5所示。當檢測出的直流母線(xiàn)電壓超過(guò)或低于預定電壓時(shí)就會(huì )關(guān)斷所有控制信號，從而起到保護的作用。其中，LM393為雙電壓比較器。

　　2.3 系統檢測電路

　　檢測電路是調速系統的重要組成部分。其作用是將檢測到的信號經(jīng)模/數轉換后變成DSP可識別信號，然后經(jīng)過(guò)一定的算法輸出各部分電路所需信號，以此來(lái)實(shí)現預定的功能并為系統和電動(dòng)機提供必要的保護。因此，檢測到的信號是否合理準確，直接關(guān)系到整個(gè)系統的可靠性和控制精度的好壞。根據矢量控制系統需要，本文進(jìn)行了定子電流檢測和電機轉速檢測。

　　2.3.1 定子電流檢測電路

　　在矢量控制系統中，定子電流的準確度和實(shí)時(shí)性是影響調速系統控制精度的一個(gè)重要因素。本文采用具有精度高、線(xiàn)性好、頻帶寬、響應快、過(guò)載能力強和不損失測量電路的霍爾電流傳感器TBC-05SY進(jìn)行了定子電流檢測。圖6為定子電流檢測電路。其中，LMC6464為低功耗、軌到軌輸入和輸出CMOS運算放大器。