文档介绍：异步电动机矢量控制系统
由于DSP能对输入数据进行高速处理,克服了一般单片机处理能力有限的问题,而且电路设计较为简单,能获得较强的抗干扰能力,另外DSP具有专业化的指令集,提高了数字滤波器的运算速度,使得DSP在控制器的规则实施、矢量控制和矩阵变换等方面具有独特的优势。在电机控制系统中多用DSP作为核心控制器,以满足对实时性、稳定性及可靠性的要求。控制器选用TMS320F2812,具有丰富的电机控制外设电路,16个12位A/D转换通道,12个PWM输出通道,能控制两台三相电机,体积小、价格低、可靠性高,能在高度集成的环境中实现高性能电机控制。基本结构如下:
用F2812设计的异步电动机矢量控制系统的基本结构如下所示。用可编程I/O口捕捉转子的速度反馈信号,电机的相电流反馈信号通过霍尔电流转换器采集到ADC通道进行转换。光电编码器将电机的转速编码,DSP据此计算电机的转速。通过霍尔电流传感器采集电机相电流的瞬时值,估计电机的实时运行状态,如转矩的大小和方向、电机的转速和滑差。按照某种调控规律产生PWM信号,控制逆变器的开关动作,对电机运行状态进行调控。
主要硬件设计介绍如下:
本设计中设计的传感器包括霍尔位置传感器、霍尔电流传感器及速度传感器。
霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器,以霍尔效应原理为其工作基础。霍尔线性型传感器输出模拟量,因此需要A/D转换通道进行采集。F2812通过芯片内部自带的ADC转换模块中的3个A/D转换通道捕捉霍尔位置传感器的3个相位置信号,接到ADCINA3、ADCINA4、ADCINA5引脚上,可以检测转子的转动位置。
F2812同时需要3个A/D转换通道对霍尔电流传感器电流进行采集,以获得3个相电流信号。霍尔电流传感器采集电机相电流的瞬时值,估计电机的实时运行状态,如转矩的大小和方向、电机的转速和滑差。
测量电机转速常用的方法有增量编码器和测速发电机。本设计采用光电编码器,F2812包含一个正交编码单元,电机的码盘信号通过CAP1和CAP2端口进行捕捉。捕捉到的数据存放在寄存器中,通过比较捕捉到的两相脉冲值可以确定当前电机转子的速度和方向,完成这些仅需两个数字量输入和一个内部寄存器。为防止电流过高对DSP造成损坏,信号经过一个光耦合器件连接到DSP引脚。
F2812内部集成了16路12位A/D转换模块,模拟量的输入范围是0-,通道分为两组,0-7为一组,8-15为一组,每组具有一个专门的输入端。事件转换器可将ADC配置成两个独立的8通道模块,也可串接成一个16通道模块。8通道模块将8路输入信号自动排序,并按序选择一路信号进行转换,完成后的结果保存在对应的结果寄存器中。串接模式下,成为16通道的A/D转换器模块允许对同一个通道信号进行多次转换,主要用于过采样的算法中。
F2812有16路PWM输出口供电机使用,通过控制PWM波的占空比来改变加在电机两端的电压,从而改变电机的转速。由于DSP发出的PWM波功率不足以驱动大功率电机,需要经过IGBT进行功率转换。设计中采用功率芯片如P