三相異步電機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設計

O 引言
三相交流異步電機以其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，價格低，維修方便等優(yōu)點，廣泛應用于武器裝備、給料系統(tǒng)、數(shù)控機床、柔性制造技術(shù)、各種自動化設備等領域，其轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接決定了設備性能的發(fā)揮。隨著高性能微處理器及新型電力電子器件的出現(xiàn)，使得應用全控型電力電子器件和空間矢量(SVPWM)控制技術(shù)進行變頻調(diào)速的方式已成為交流電機調(diào)速控制的主流。
相對于其他微處理器，DSP具有運算速度快，可以自己產(chǎn)生有死區(qū)時間的PWM輸出，可以實現(xiàn)諸如模糊控制等復雜的算法，外圍硬件少等優(yōu)點，因而廣泛用于電機的數(shù)字控制。本文以TMS320LF2407A DSP芯片和AT89S52單片機為核心，設計了針對三相交流異步電機的全數(shù)字調(diào)速控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實時顯示，數(shù)據(jù)存儲，動態(tài)響應快，控制精度高，抗干擾性強等優(yōu)點。

1 TMS320LF2407A簡介
TMS320LF2407A主要包括算術(shù)邏輯運算單元(CALU)、寄存器集、輔助算術(shù)邏輯單元(ARAU)、乘法器、乘法移位器、累加器、加法移位器、時鐘鎖相環(huán)電路、兩個完全等同的事件管理器A，B(包括通用定時器、比較單元、捕獲／正交編碼器脈沖電路)、內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換器、雙串口、看門狗、CAN總線電路單元等。
TMS320LF2407A采用先進的哈佛結(jié)構(gòu)，流水線作業(yè)，在30 MHz內(nèi)部時鐘頻率下，指令周期僅為33 ns。其內(nèi)部存儲器包含2類RAM塊。一類為DRAM，另一類為SRAM。對DRAM而言又劃分為3個RAM塊，即B0，B1，B2，容量依次為256字，256字，32字。這些RAM全部允許在一個指令周期內(nèi)訪問兩次，因此在數(shù)據(jù)處理能力上有顯著的增加。同時，B0塊還可以通過程序動態(tài)地配置為數(shù)據(jù)存儲器區(qū)或程序存儲器區(qū)。若配置為程序區(qū)可在上電時把浮點算法子程序或者數(shù)據(jù)表從外部慢速EPROM裝入此區(qū)域，從而緩解高速處理器與慢速外設之間的矛盾，這對提高控制系統(tǒng)的動態(tài)性能有很大幫助。TMS320LF2407A內(nèi)部含有內(nèi)嵌采樣保持的10位精度、高速A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間最短為500 ns(采樣保持+轉(zhuǎn)換時間)。除此之外TMS320LF2407A還有豐富的、功能強大的中斷系統(tǒng)以及常用的I／O接口，這些都使設計調(diào)速控制系統(tǒng)時的硬件電路得到簡化。

2 系統(tǒng)硬件設計
基于TMS320LF2407A三相交流異步電機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主電路采用交-直-交電壓型變頻器，功率器件采用智能功率模塊IPM。該模塊包含了6個IGBT和6個與IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管。控制電路部分由AT89S52單片機控制單元、TMS320LF2407A控制器單元、電流檢測電路、電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、過流保護電路、液晶顯示電路和鍵盤輸入接口電路等模塊組成。