高性能DSP在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)得到了長足的發(fā)展，在高性能的交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了矢量控制（VC）和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）兩種控制思想。其中DTC技術(shù)摒棄了VC中的需要解耦的控制思想，它具有簡單的控制結(jié)構(gòu)、良好的動靜態(tài)性能和快速的響應(yīng)速度等特點，它一誕生就得到了廣泛關(guān)注，目前已成為研究的熱點問題。本文將介紹基于TMS320F2812 DSP芯片的交流感應(yīng)電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。

2直接轉(zhuǎn)矩控制原理結(jié)構(gòu)

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本原理圖如圖1所示。

圖1直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理圖

在圖1中，逆變器有三個橋臂，每個橋臂上存在互鎖的兩個開關(guān)Si、（i＝1，2，3），通過控制Si的開關(guān)狀態(tài)如圖1（a）所示，可以得到8個電壓空間矢量Us（加到電動機定子繞組上），其中6個為工作電壓空間矢量，它們等幅且兩兩相隔60°，連接這6個電壓空間矢量的頂點可構(gòu)成一個正六邊形，另外的兩個為零矢量，位于六邊形的中心，如圖1（b）所示。通過正確的開關(guān)的通斷，可順序形成不斷旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，從而在異步電動機氣隙形成旋轉(zhuǎn)的磁鏈，而通過零矢量的恰當(dāng)選擇可以控制磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度。定子磁鏈Ψμ、轉(zhuǎn)子磁鏈Ψγ以及轉(zhuǎn)矩之間Td存在關(guān)系：，θ為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，即磁通角，Lσ為轉(zhuǎn)子漏感。在實際的運行中，為充分利用電動機鐵心，保持定子磁鏈幅值為額定值，而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載的大小決定，要改變電動機轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過改變磁通角θ的大小來實現(xiàn)。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中，其基本控制方法就是通過電壓空間矢量Us來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)，控制定子磁鏈的走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變磁通角θ的大小，以達到控制電機轉(zhuǎn)矩的目的[1>.

3高性能DSP TMS320F2812芯片

在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，DSP芯片是控制器的核心，所有復(fù)雜的控制算法和控制策略都通過它來實現(xiàn)。TMS320F2812是Texas公司C28TM系列中最新成員，其高速的運算能力、強大的實時處理能力和高度集成化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得它在控制領(lǐng)域內(nèi)得到了人們的青睞。下面介紹TMS320F2812主要特點，其結(jié)構(gòu)框圖[2>如圖2所示。

圖2 TMS320F2812功能圖

TMS320F2812的CPU是基于C28xTM的32位定點內(nèi)核，主頻達150MHz.TMS320F2812芯片具有高度集成的結(jié)構(gòu)，在片內(nèi)集成大量的外設(shè)（如圖2所示），這些外設(shè)包括：事件管理器EVA/EVB、16通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、看門狗定時器Watchdog、通用輸入輸出引腳GPIO、多通道緩沖串行外設(shè)McBSP、改進CAN總線接口、雙通道串行通信接口SCIA/SCIB、串行外設(shè)接口SPI等。與C28xTM DSP以前的芯片相比，TMS320F2812有自己的特點：（1）它是C2000系列中第一代32位的定點DSP芯片（C24xTM為16位DSP芯片）；（2）芯片內(nèi)部有3個32位定時器；（3）具有12位的ADC（以前的為10位）和雙通道SCIA/SCIB；（4）有多通道緩沖串行外設(shè)McBSP；（5）采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)和八級流水線作業(yè)；（6）存儲空間大大擴展，其片內(nèi)存儲器資源包括：128K字×16位的Flash存儲器、128K字×16位的ROM、1K字×16位的OPT ROM、一塊1K字×16的SARAM、L0和L1上各有8K字×16位的SARAM、M0和M1上各8K字×16的SARAM；（7）可以執(zhí)行32×32位的二進制補碼乘法操作，并產(chǎn)生64位的結(jié)果；（8）它是C2000系列性能最高的芯片，處理速度達150MIPS，實時處理能力強，能應(yīng)用于很多復(fù)雜的控制算法如無速度傳感器的定向控制、運動輪廓的識別和功率因數(shù)的校正等，并且其代碼與以前各個型號的DSP兼容，它也是目前處理C/C++代碼效率最高的DSP芯片（就C2000系列而言）。由于這些特點，TMS320F2812DSP有著廣泛的應(yīng)用空間。