1、 基于 DSP的三相异步电机 变频调速 控制 器设计 单位： 江南大学 -物联网工程学院 班级：自动化 0901 学号： 0704090112 姓名：田望同 基于 DSP 的三相异步电机控制 1 1. 要求： 系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。 2. 概要： 电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是 变频调速技术。本文研究一种基于数字信号处理器（ DSP）的三相异步电动机变频 调速系统。 论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（ SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（ SVPWM）的基本原理和
2、控制算法。矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。论文用 Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。 在硬件设计方面，系统以 TI 公司的 TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（ IPM） PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、 IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及 DSP 与 PC 机通信电路等模块进行设计。在软件设计方
3、面，本文用汇编语言编写基于TMS320LF2407A DSP 的三相异步电动机矢量控制程序，整个矢量控制程 序由主程序和中断服务子程序组成。最后构建三相异步电动机变频调速实验装置，在该装置上进行变频调速实验研究。 实验结果表明用 SVPWM 技术和矢量控制技术可以成功实现三相异步电动机变频调速功能。采用矢量控制技术后，系统稳态精度高，动态调节时间短、超调量小、抗扰能力强。该变频调速系统的研究与设计为今后开发更高性能的变频调 速系统创造了条件。 3. 元件及介绍 3.1DSP DSP 全称是： Digital Signal Processing，即 数字信号处理的理论和方法。 DSP 也可以理解
4、为： Digital Signal Processor，即 用于数字信号处理的可编程微 处理器。 DSP 技术 ： Digital Signal Process，即 是利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进 行 处理的方法与技术。 3.2 电源 本系统采用 24V 直流电源，通过逆变电路，将直流电变成三相交流电，进而控制三相异步电机。 3.3 电机 电机型号及相关参数： YS50-4.40W.36/24V/SI/， 2.45A.1400r/min 4.硬件接线图 ： 基于 DSP 的三相异步电机控制 2 4.1 总结构框图 注： 系统总图见附录 DSP 驱动电路 逆变电路
5、三相异步电机 + - 24V 75176 CAN 总线 485 CAN 人机接口 显示 按键 X25040 AD 信 号处理 i 10K 3.3V 基于 DSP 的三相异步电机控制 3 4.2 主电路 4.3 驱动电路 4.3.1 驱动电路 基于 DSP 的三相异步电机控制 4 4.3.2 电流取样电路（ 2272） 4.3.3REF 连接（ 431） 4.4 电源 基于 DSP 的三相异步电机控制 5 4.5 485 通讯 4.6 CAN 总线 基于 DSP 的三相异步电机控制 6 4.7X25040 4.8 译码器（ 74HC138） 4.9 锁存器（ 74HC273） 基于 DSP 的三
6、相异步电机控制 7 4.10 键盘显示电路 4.11DSP 基于 DSP 的三相异步电机控制 8 5.相关芯片介绍 : 5.1DSP（ TMS320LF240xA） 5.1.1 芯片特点概述 TI 公司的 TMS320LF2407A 芯片作为 DSP 控制器 24x 系列的新成员，是T M S320C 2000TM平台下的一种定点 DSP 芯片。 LF2407A 芯片提供了低成本、低功耗、高性能的处理能力，对电机的数字化控制非常有用。几种先进外设被集成到该芯片内，以形成真正的单芯片控制器。在与现存 24xDSP 控制器芯片代码兼容的同时， LF2407A芯片具有处理性能更好 （ 40MIPS）
7、 、外设集成度更高、程序存储器更大、 A/D 转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品。 TMS320LF240xDSP 有以下一些特点 ： 采用哈佛结构 。 哈佛结构是不同于传统的冯-诺依曼结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，基于 DSP 的三相异步电机控制 9 即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。而冯一诺依曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址、依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数据都访
8、问同一存储器，数据吞吐率低。在哈佛结构中，由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指令和执行能完全重叠运行。为了进一步提高运行速度和灵活 性，TMS320DSP 芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术指令直接使用，增强了芯片的灵活性 ； 二是指令存储在高速缓冲器中，当执行指令时，不需要再从 存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间； 流水技术 。 计算机执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数、执行运算等步骤，需要若干个指令周期才能完成。流水技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。即第一条指令译码时，
9、第二条指令取指 ;第一条指令取数时，第二条指令译码，第三条指令取指依 次类推，实用流水技术后，尽管每一条指令的执行仍然要经过这些步骤，需要同样的指令数，但将一个指令段综合起来看，其中的每一条指令的执行就都是一个指令周期内完成。 DSP 处理器所采用的将程序存储空间和数据存储空间的地址和数据总线分开的哈佛结构，为采用流水技术提供了很大的方便 ； 采用高性能静态 CMOS 技术，使得供电电压降为 3.3V，减少了控制器的功耗 ； 40MIPS 的执行速度使得指令周期缩短到 25ns（ 40MHZ） ，从而提高了控制器的实时控制能力 ； 基于 TMS320C2xxDSP 的 CPU 核，保证了 TM
10、S320LF240x系 列 DSP 代码和 TMS320 系列代码兼容 ； 片内有高达 32K 字的 FLASH 程序存储器，高达 1.5K字的数据 /程序 RAM， 544 字双口 RAM(DARAM)和 2K字的单口 RAM（ SARAM） ；两个事件管理器模块 EVA 和 EVB，每个包括 :两个 16 位通用定时器 ； 8 个 16 位脉宽调制 （ PWM） 通道。它们能够实现 :三相反相器控制 ； PWM 的对称和非对称波形 ；当外部引脚 PDPINTX 出现低电平时快速关闭 PWM 通道 ； 可编程的 PWM 死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲 ； 3 个捕单元 ； 片内光电编
11、码器接口电路 ； 16 通道A/D 转换器。事件管理器模块适合用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器 ； 可扩展的外部存储器 （ LF2407） 总共 192K 字空间 ； 64K 字程序存储器空间 ； 64K 字数据存储器空间 ； 64K 字 I/O 寻址空间 ； 看门狗定时器模块 （ WDT）； 10 位 A/D 转换器最小转换时间为 500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个 8 通道输入 A/D 转换器或一个 16 通道输入的 A/D 转换器 ； 控制器局域网络 （ CAN） 2.0B 模块 ； 串行通信接口 （ SCI） 模块 ； 16 位的串行外设 （ SPI） 接口模块 ； 基于锁相环的时钟发生器 ； 高达 40 个可单独编程或复用通用输入 /输出引脚（ GPIO）； 5 个外部中断 （ 两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断 ）； 电源管理包括 3 种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。 5.1.2 SY-MCK2407A(V3.0) 功能框图
