單一DSP控制兩套三相逆變器的實現

2020-11-25 電子產品世界

迄今為止的設計經驗主張每臺逆變器和電機都擁有專門隸屬於自己的DSP控制器。最近，DSP的處理能力和外圍資源已提升到足以輕鬆控制兩臺電機的程度，甚至還有潛力處理更多電機。採用單一DSP控制器控

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/178706.htm

　　制兩套三相逆變器的初步實踐已經表明此舉可行，樣板中包括實現雙永磁同步電機(PMSM)驅動的完整系統及DSP接口。

　　

　　使用單一DSP控制兩臺永磁同步電機(PMSM)的硬體實驗裝置包括兩臺電機,兩塊逆變板以及一塊單一的D S P 開發板(TMS320F280eZdsp)。

　　由標量控制升級到矢量控制可以顯著提高電機運行效率，並允許採用更小、更便宜的電機，從而有利於節能。矢量控制能夠生成適當的磁場矢量，控制電機的轉矩和速度，不過，也需要相當強大的處理能力，以實現為每臺電機生成正確脈寬調製(PWM)輸出所需的控制算法。當前，在典型電機的控制應用中，每臺逆變器需要20到25 MIPS的處理能力，此外，驅動每臺逆變器還需要一個單獨的編碼器接口模塊和六路PWM輸出。

　　過去的方法

　　上述苛刻要求往往意味著每臺電機的應用系統均需採用一個單獨的DSP來控制，當應用中只包含單臺電機時，問題並不突出，然而對於大多數多重電機應用而言，就顯得累贅而且昂貴了。典型的多重電機應用包括工程機械、暖通空調設備(HVAC)、汽車以及其他許多應用。如今，最先進的DSP的處理能力高達100到150 MIPS，這無疑提高了以單一DSP控制多臺電機的可能性。事實上，針對此類應用的DSP已經開發完成，片內具有多組編碼器接口和數目眾多的PWM輸出。

　　

　　雙驅動電機控制系統的結構圖給出了來自每臺電機的編碼器信號輸入和兩套逆變器的各相驅動。

　　硬體描述

　　雙電機控制系統的硬體包括兩臺三相PMSM電機，每臺電機連接著一套三相電壓型PWM逆變器，全部逆變器以單一DSP控制器(Texas Instruments TMS320F2808)分別控制。片內模擬數字轉換器記錄各相電流和直流母線電壓信息，以及來自兩臺逆變器的其他數據;內置於DSP控制器的編碼器接口模塊接收編碼器反饋信息;片內與電力電子相關的外圍接口為逆變器提供無縫連接，以有效簡化整個系統設計。

　　為生成兩套三相電壓型逆變器所需的信號，硬體裝置採用了六對PWM輸出。PWM通道的逆變操作頻率為20 kHz，並逐周期刷新PWM調製所需的比較值。主控平臺為一塊DSP開發板(TMS320F280eZdsp)，正弦換相的八極三相永磁電機(Applied Motion A0100-103-3-000)採用兩千線編碼器，DSP的片上正交編碼器脈衝(QEP)接口與每臺電機的編碼器相連。

　　軟體開發

　　採用C代碼編寫的模塊化軟體有利於將來擴展為以中斷服務程序(ISR)為核心的驅動應用軟體。由後臺循環構成的主程序只是簡單地初始化外圍設備，包括鎖相環、看門狗、中斷控制和事件管理器等。其餘代碼包括PWM中斷服務程序等。各自電機系統的定時中斷於每個PWM周期調用中斷服務程序。

　　獨立控制兩臺三相PMSM電機需要實現兩套磁場控制算法，針對兩臺電機的全部計算必須在每個PWM周期之內完成，並周而復始地多重調用軟體模塊，因此有必要清晰地定義每個模塊的輸入輸出，以便於在不同系統間實現模塊重用。所有計算均採用定點算法以簡化運算要求。

　　電機控制算法

　　著名的Carke-Park變換構成了磁場定向控制(FOC)算法，將三相電流矢量由三相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系中，再由獨立的比例積分微分(PID)調節器分別處理變換後的正交分量，最後PWM開關模式變換器根據編碼器反饋信息計算得到的磁通角度將PID調節器輸出再度轉化回三相靜止坐標系中去。

　　PID模塊控制著PWM佔空比，以調節施加於電機的電壓。連接於電機軸端的光電編碼器輸出正交脈衝， QEP模塊接收該脈衝，以計算轉子的位置和旋轉速度。

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