基于DSP的永磁同步电机控制系统研究

　　0　引　言

　　永磁同步电机(简称PMSM)不但具有和直流电机相似的调速性能,而且克服了直流电机因机械换向所引起的换向火花。因具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点,因此常用于数控机床、工业机器人等伺服控制领域。

　　近年来德州仪器TI公司推出TMS320LF240X系列数字信号处理器(DSP),该系列芯片专为实现高精度、高性能、功能多样化的单片电动机控制系统而设计,TMS320LF2407A是TI公司推出的一种功能强、性价比高的新型芯片,它采用高速并行多总线结构,寻址能力强、运行速度高、片内资源丰富,具有很强的数值运算能力,在数据处理和过程控制领域方面应用极为广泛。

　　1　总体结构及硬件框图

　　本文用TI公司TMS320LF2407A芯片为主控单元,对三相永磁同步电机采用SVPWM控制方法进行实验研究。图1为系统的硬件框图。

　　DSP通过CAN总线得到上位机的控制指令和相关数据,采用SVPWM控制法经过系统主电路和系统保护电路,让永磁同步电机在相应的电流下产生转矩得以运转。同时系统主电路上的逆变电路的传感器和电机同轴相连的光电码盘的信号作为系统的反馈信号输入到DSP主控单元,经过A/D转换和DSP的事件管理器可以反馈出输入电机的电流、电机位置和速度。另外还可以用液晶屏显示相应的频率、转速和转向等信号。

　　2　系统硬件电路

　　系统硬件电路由主电路、系统保护电路、速度检测电路、电流检测电路、功率驱动电路、DSP通信和光耦隔离电路等组成。

　　2. 1　主电路

　　主电路主要是指整流环节电路和三相逆变电路。整流电路由单相不可控整流桥将电源的单相交流整流成直流;整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压,必须加以滤波。滤波电容除了滤除整流后的电压纹波外,还在整流电路与逆变电路之间起去耦作用,以消除相互干扰,给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。逆变电路是把整流后的直流电再逆变成频率、幅值均可调节的交流电。目前,逆变电路均采用智能功率模块(IPM)。IPM是先进的混合集成功率器件,由高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及保护电路组成。

　　2. 2　系统保护电路

　　图2为系统保护电路。其中逆变桥3个桥臂各有一个保护电路输出, 3个下桥臂公用一个保护信号输出,共有4路保护信号(F01~F04)输出。无故障时, F0输出高电平,光电耦合器(TLP521)不导通,连接到四输入门(SN74LS2ON)的输入端为高电平,与门的输出即为高电平。当其中一个出现故障,即F0输出低电平,光电耦合器导通,从而输出信号为低电平,这样连接DSP的PDPINTA引脚就检测到一个下降沿;DSP产生外部中断,这时DSP的事件管理器输出引脚被硬件设置成高阻态,整个芯片停止工作,起到保护作用。