異步電動(dòng)機控制系統開(kāi)發(fā)平臺設計研究

摘要 普通的運動(dòng)控制系統片上資源少、處理速度慢，難以實(shí)現較大信號實(shí)時(shí)處理的需求，已不能滿(mǎn)足高性能的交流調速控制策略和先進(jìn)的控制算法，在異步電動(dòng)機中的運用。研究開(kāi)發(fā)基于DSP TMS320F2812與CPLD為控制核心的異步電動(dòng)機控制系統開(kāi)發(fā)平臺，利用該平臺可快速完成電機控制系統產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應用。介紹了該開(kāi)發(fā)平臺的軟硬件設計，系統具有較強的擴展功能、靈活性及應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞 TMS320F2812；EPM57OZM144C7N；異步電動(dòng)機；開(kāi)發(fā)平臺

隨著(zhù)電力電子技術(shù)、電機控制理論和微控制器的不斷發(fā)展，現代交流調速技術(shù)在國民經(jīng)濟中得到了廣泛應用。目前，高性能的調速控制策略和現代控制理論已逐步應用于交流電動(dòng)機控制領(lǐng)域，普通運動(dòng)控制系統已不能滿(mǎn)足高性能調速控制要求，建立以DSP+CPLD為控制核心的異步電動(dòng)機控制系統開(kāi)發(fā)平臺，對于研究高性能運動(dòng)控制策略具有重要意義。它不僅可以減小系統體積，而且可以實(shí)現復雜的實(shí)時(shí)控制、提高系統運算能力，此開(kāi)發(fā)平臺可方便用戶(hù)快速完成電機控制系統產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應用。

1 開(kāi)發(fā)平臺硬件總體設計
1．1 開(kāi)發(fā)平臺總體設計及特點(diǎn)
該開(kāi)發(fā)平臺以三相異步電動(dòng)機作為被控對象，以控制器TMS320F2812與復雜可編程邏輯器CPLD作為控制核心，主電路為典型的三相交-直-交電壓源型逆變電路，二極管構成了三相橋式整流電路，濾波后獲得直流電壓，由智能功率模塊(IPM)作為逆變器的主開(kāi)關(guān)器件，輸出一定頻率和電壓的三相交流電給異步電動(dòng)機供電。
DSP有豐富的片上資源和高效的數據處理能力，運行速度較快，因此對外圍部件快速配合要求也高。如果外圍部件采用專(zhuān)門(mén)的電路控制，不僅可以對DSP進(jìn)行更多功能的擴展，而且可以減少系統的復雜程度，提高系統控制精度。
復雜可編程邏輯器件有豐富的邏輯資源，更適合完成各種算法和組合邏輯。具有I／O口多、設計靈活、規模大和速度快、邏輯處理能力強大的優(yōu)點(diǎn)，若用其單獨構成變頻調速系統，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)且成本昂貴。Altera公司的MAX IIZ CPLD具有多種關(guān)鍵優(yōu)勢。在單個(gè)器件中實(shí)現了高級功能和零功耗。在高級系統特性上都超出了傳統宏單元CPLD，這些特性包括用戶(hù)閃存、內部振蕩器、成本優(yōu)化、更大的密度、更小的封裝以及更低的功耗等?；谏鲜鲈?，并考慮系統后續開(kāi)發(fā)的通用性和各種不同控制方案的實(shí)現，控制電路以DSP+CPLD作為控制核心，采用
TMS320F2812芯片實(shí)現異步電動(dòng)機各種復雜控制算，CPLD實(shí)現外圍電路的邏輯控制。不僅滿(mǎn)足了系統控制的高性能要求，而且減輕了DSP處理負擔，使得DSP可以集中處理系統控制算法，簡(jiǎn)化了邏輯電路，提高了電機運行的可靠性。
基于TMS320F2812+CPLD的異步電動(dòng)機控制系統開(kāi)發(fā)平臺硬件原理，如圖1所示。

與普通控制系統相比，該控制系統開(kāi)發(fā)平臺有如下特點(diǎn)：
(1)DSP與CPLD協(xié)調控制，可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現電機的高性能調速控制。
(2)DSP、復雜可編程邏輯器件構成的電機控制系統有著(zhù)更智能化的發(fā)展。
(3)該控制系統開(kāi)發(fā)平臺控制方案靈活，可編程性強，預留端口豐富，便于擴展，不僅可以實(shí)現對異步電動(dòng)機的控制，也可以達到對其他高性能電機的控制，系統升級容易，維護性好。
(4)利用該控制系統開(kāi)發(fā)平臺，可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高開(kāi)發(fā)效率，并可以在短時(shí)間內完成電機控制系統產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應用。
(5)該控制系統開(kāi)發(fā)平臺控制電路開(kāi)關(guān)量形式的輸出信號均通過(guò)光耦隔離與系統主電路接口，保證了強弱電的隔離，系統穩定性高，能夠滿(mǎn)足電機控制領(lǐng)域對系統高可靠性的要求。