利用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2808強(qiáng)大的運(yùn)算能力和快速實(shí)時(shí)處理能力，解決了矢量控制的復(fù)雜控制算法難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，完成了矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性，以及快速的故障處理功能。
引言
矢量控制(vector control)是在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的一種高性能的控制技術(shù)，其提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。矢量控制具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等特點(diǎn)，但是其涉及眾多的異步電機(jī)參數(shù)，需要復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)變換計(jì)算。隨著電力電子器件及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種高性能芯片的問(wèn)世解決了高性能矢量控制方法繁瑣的運(yùn)算問(wèn)題，使矢量控制技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。
本文根據(jù)矢量控制的基本原理，采用TI公司具有強(qiáng)大運(yùn)算能力和快速實(shí)時(shí)處理能力的數(shù)字處理芯片TMS320F2808作為控制芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)全數(shù)字化矢量控制硬件系統(tǒng)，并給出了保護(hù)電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，以及部分程序流程。
1 矢量控制基本原理
矢量控制的基本理論是在三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，應(yīng)用坐標(biāo)變換Clarke變換把三相交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為兩相交流系統(tǒng)，然后通過(guò) Park變換把兩相交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的直流系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將定子電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁分量和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，并使兩分量互相垂直，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量的解耦，達(dá)到對(duì)異步電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別控制的目的，從而獲得與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能。其基本原理如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 主回路
本系統(tǒng)采用主回路為電壓型的“交-直-交”變頻結(jié)構(gòu)，主要由整流電路、濾波電路以及逆變電路組成。為了使主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且便于器件的更換和維修，本設(shè)計(jì)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。圖2為基于TMS320F2808的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
本設(shè)計(jì)中采用了三菱公司的整流逆變制動(dòng)模塊CP10TD1-24A。其特點(diǎn)是：采用LPT—CSTBTTM硅片技術(shù)和整流、逆變、制動(dòng)、NTC溫度檢測(cè)一體化壓注模小型封裝，飽和壓降低，模塊熱阻小，內(nèi)置NTC溫度傳感器等。
2.2 控制回路
由于矢量控制系統(tǒng)的計(jì)算量較大，所以控制回路采用TI公司的DSP芯片TMS320F2808及其外圍電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)矢量控制核心算法、相關(guān)電壓電流的檢測(cè)處理等功能。
2.2.1 供電電路
圖3為供電電路。為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)器件的使用壽命，本設(shè)計(jì)采用高性能穩(wěn)壓芯片、低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117，為TMS 320F2808提供可靠的供電電源。分別選用3.3 V和1.8 V的固定電壓輸出芯片為DSP供電，其輸出電流可達(dá)800 mA，輸出電壓的精度在±1%以內(nèi)，并具有電流限制和熱保護(hù)功能。
