單一DSP控制兩套三相逆變器的實(shí)現

迄今為止的設計經(jīng)驗主張每臺逆變器和電機都擁有專(zhuān)門(mén)隸屬于自己的DSP控制器。最近，DSP的處理能力和外圍資源已提升到足以輕松控制兩臺電機的程度，甚至還有潛力處理更多電機。采用單一DSP控制器控

　　制兩套三相逆變器的初步實(shí)踐已經(jīng)表明此舉可行，樣板中包括實(shí)現雙永磁同步電機(PMSM)驅動(dòng)的完整系統及DSP接口。

　　使用單一DSP控制兩臺永磁同步電機(PMSM)的硬件實(shí)驗裝置包括兩臺電機,兩塊逆變板以及一塊單一的D S P 開(kāi)發(fā)板(TMS320F280eZdsp)。

　　由標量控制升級到矢量控制可以顯著(zhù)提高電機運行效率，并允許采用更小、更便宜的電機，從而有利于節能。矢量控制能夠生成適當的磁場(chǎng)矢量，控制電機的轉矩和速度，不過(guò)，也需要相當強大的處理能力，以實(shí)現為每臺電機生成正確脈寬調制(PWM)輸出所需的控制算法。當前，在典型電機的控制應用中，每臺逆變器需要20到25 MIPS的處理能力，此外，驅動(dòng)每臺逆變器還需要一個(gè)單獨的編碼器接口模塊和六路PWM輸出。

　　過(guò)去的方法

　　上述苛刻要求往往意味著(zhù)每臺電機的應用系統均需采用一個(gè)單獨的DSP來(lái)控制，當應用中只包含單臺電機時(shí)，問(wèn)題并不突出，然而對于大多數多重電機應用而言，就顯得累贅而且昂貴了。典型的多重電機應用包括工程機械、暖通空調設備(HVAC)、汽車(chē)以及其他許多應用。如今，最先進(jìn)的DSP的處理能力高達100到150 MIPS，這無(wú)疑提高了以單一DSP控制多臺電機的可能性。事實(shí)上，針對此類(lèi)應用的DSP已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，片內具有多組編碼器接口和數目眾多的PWM輸出。

　　雙驅動(dòng)電機控制系統的結構圖給出了來(lái)自每臺電機的編碼器信號輸入和兩套逆變器的各相驅動(dòng)。

　　硬件描述

　　雙電機控制系統的硬件包括兩臺三相PMSM電機，每臺電機連接著(zhù)一套三相電壓型PWM逆變器，全部逆變器以單一DSP控制器(Texas Instruments TMS320F2808)分別控制。片內模擬數字轉換器記錄各相電流和直流母線(xiàn)電壓信息，以及來(lái)自?xún)膳_逆變器的其他數據;內置于DSP控制器的編碼器接口模塊接收編碼器反饋信息;片內與電力電子相關(guān)的外圍接口為逆變器提供無(wú)縫連接，以有效簡(jiǎn)化整個(gè)系統設計。

　　為生成兩套三相電壓型逆變器所需的信號，硬件裝置采用了六對PWM輸出。PWM通道的逆變操作頻率為20 kHz，并逐周期刷新PWM調制所需的比較值。主控平臺為一塊DSP開(kāi)發(fā)板(TMS320F280eZdsp)，正弦換相的八極三相永磁電機(Applied Motion A0100-103-3-000)采用兩千線(xiàn)編碼器，DSP的片上正交編碼器脈沖(QEP)接口與每臺電機的編碼器相連。

　　軟件開(kāi)發(fā)

　　采用C代碼編寫(xiě)的模塊化軟件有利于將來(lái)擴展為以中斷服務(wù)程序(ISR)為核心的驅動(dòng)應用軟件。由后臺循環(huán)構成的主程序只是簡(jiǎn)單地初始化外圍設備，包括鎖相環(huán)、看門(mén)狗、中斷控制和事件管理器等。其余代碼包括PWM中斷服務(wù)程序等。各自電機系統的定時(shí)中斷于每個(gè)PWM周期調用中斷服務(wù)程序。

　　獨立控制兩臺三相PMSM電機需要實(shí)現兩套磁場(chǎng)控制算法，針對兩臺電機的全部計算必須在每個(gè)PWM周期之內完成，并周而復始地多重調用軟件模塊，因此有必要清晰地定義每個(gè)模塊的輸入輸出，以便于在不同系統間實(shí)現模塊重用。所有計算均采用定點(diǎn)算法以簡(jiǎn)化運算要求。

　　電機控制算法

　　著(zhù)名的Carke-Park變換構成了磁場(chǎng)定向控制(FOC)算法，將三相電流矢量由三相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系中，再由獨立的比例積分微分(PID)調節器分別處理變換后的正交分量，最后PWM開(kāi)關(guān)模式變換器根據編碼器反饋信息計算得到的磁通角度將PID調節器輸出再度轉化回三相靜止坐標系中去。

　　PID模塊控制著(zhù)PWM占空比，以調節施加于電機的電壓。連接于電機軸端的光電編碼器輸出正交脈沖， QEP模塊接收該脈沖，以計算轉子的位置和旋轉速度。