基于DSP和FPGA的三相異步電機矢量伺服系統

2.2功率電路
整個(gè)主電路先經(jīng)不控整流，后經(jīng)全橋逆變輸出。功率變換電路中采用三菱公司的一體化智能功率模塊（ASIPM）PS12036。該模塊采用15A，1200V的功率管，內部集成了驅動(dòng)電路，并設計有短路、過(guò)電流、欠電壓等故障檢測保護電路。系統電源采用變壓器降壓隔離二極管整流濾波后由線(xiàn)性穩壓電源和開(kāi)關(guān)電源為各部分提供電源，主要包括DSP和FPGA.、電流采樣和處理電路、光電編碼器接口電路、7路PWM信號的驅動(dòng)電源、串口電路和保護電路。

2.3電流采樣電路
本系統的設計要求采樣三相電流，采樣電路采用霍爾傳感器并經(jīng)AD模擬電路限制在0V～3.0V的電壓范圍內，然后送人DSP的AD轉換器中。

2.4轉子速度位置檢測電路
電機反饋采用增量式光電編碼器，該編碼器分辨率為2000線(xiàn)/轉，輸出脈沖信號A、B、Z，信號A、B相位依次相差90°（電角度），DSP通過(guò)判斷A、B的相位和個(gè)數可以得到電機的轉向和速度。Z信號每轉一圈出現一次，用于位置信號的復位。光電編碼盤(pán)脈沖信號經(jīng)過(guò)接口電路隔離電平轉換后送入DSP，經(jīng)內部QEP電路實(shí)現四倍頻，因此電機每圈的脈沖數是8000線(xiàn)/轉。

3系統軟件實(shí)現方案
本系統的軟件在結構上可分為主程序和PWM中斷服務(wù)子程序。主程序只完成系統硬件和軟件的初始化任務(wù)，然后處于等待狀態(tài)。完整的磁場(chǎng)定向實(shí)時(shí)矢量控制算法在T1定時(shí)器下溢中斷服務(wù)程序中實(shí)現。
位置速度的采樣利用DSP的QEP單元，為了電動(dòng)機轉速的穩定采用了變周期采樣對不同速度段的采樣周期不同。電流采樣利用TMS320F2812自帶的AD轉換模塊，同時(shí)對信號進(jìn)行數字濾波。電流環(huán)和速度環(huán)采用的是PID調節器；為了實(shí)現位置跟隨的快速性和無(wú)超調性，位置環(huán)采用變比例調節器?？臻g矢量PWM（SVPWM）根據逆變器的開(kāi)關(guān)邏輯將轉子磁場(chǎng)空間劃分為6個(gè)區域，在各區域對定子電壓矢量進(jìn)行分解，從而得到產(chǎn)生實(shí)際PWM波形所需的參數。
為了提高數字的表示范圍和運算的精度，增強程序的可移植性，將運算量進(jìn)行標幺化處理，就是將運算量與其最大值或額定值進(jìn)行比較，這樣預算量都化為小數，為了滿(mǎn)足TMS320F2812的定點(diǎn)運算的要求，利用IQmath程序庫中_iq（）可將小數轉成整數形式，即小數的Q格式[5]。這樣浮點(diǎn)運算就轉換為速度快得多的整型運算。

4實(shí)驗結果及結論
本實(shí)驗ASIPM選用三菱公司的PS12036,實(shí)驗電機的額定功率2.2kW,額定線(xiàn)電壓380V，額定頻率50Hz，額定電流4A，Y型接法。SVPWM波的載波頻率為10kHz。實(shí)驗波形如圖7，圖8所示。這些波形驗證了SVPWM的正確性，且逆變器輸出電流的諧波成分減小，說(shuō)明了該系統控制精度高，具有良好的動(dòng)、靜態(tài)特性。