基于DSP的交流异步电机高精度调速系统设计

　　近20年来，随着新型电力电子器件的出现，控制器也实现了从8位单片机到32位DSP的转变，特别是新型控制方法的出现，如：矢量控制、直接转矩控制以及模糊控制等，使得高精度交流异步电机调速系统实现成为可能。矢量控制具有转矩平滑，调速范围宽的特点。空间矢量脉宽调制技术(space vector PWM，SVPWM)物理概念清晰，电机脉动转矩小，直流电压利用率高，且易于实现。本文设计并实现了一套基于DSP的高精度交流调速系统，系统采用高速DSP芯片TMS320F2812作为核心，基于矢量控制与SVPWM相结合的控制方式，利用TMS320F2812芯片的事件管理器模块(event manager，EV)产生对称SVPWM脉冲，逆变器则采用智能功率模块(intelligent power module，IPM)，保证了系统可靠性。在此基础上综合模糊PI控制算法，最终设计并构建了基于DSP的高精度交流调速系统。

　　1 系统的硬件总体设计

　　系统为基于高性能处理器的全数字交流调速系统，利用处理器实现对电机的速度环和电流环控制，与传统的模拟调速系统相比，有着结构简单、功能灵活多样、抗干扰能力强等优点。图1为交流调速系统的结构框图。

　　系统由弱电控制、强电驱动以及信号采集3部分组成。弱电控制部分是系统的控制核心，其完成对电机的控制、信号量的设定。强电驱动部分是由逆变电路、三相整流桥和三相交流电源组成，其将不可控的三相交流电转化为频率可控的三相交流电来驱动电机。信号采集部分则由电流、测速传感器组成，负责对电机进行电流和转速的检测，为系统提供反馈信号。以上3部分有机的组合在一起就构成了一个高精度交流电机调速系统。

　　2 主要硬件芯片的选型及相关电路设计

　　2.1 DSP芯片的选型

　　主处理器选择了TI(美国德州仪器)公司的TMS320F2812芯片，F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片，最高可在150 MHz主频下工作。F2812片内集成众多资源：存储资源FLASH、RAM;标准通信接口，如串行通信接口(SCI)、串行外设接口(SPI)、增强型eCAN总线接口，方便与外设之间进行通信。在F2812内部还集成了一个12位的ADC转换模块，最高采样速率达12.5 MS/s;F2 812片上还包括事件管理器(EV)、定时器、看门狗以及大量的用户可开发利用的GPIO口等资源。该芯片具有很高的性价比，广泛应用于工业控制，特别是应用于处理速度、处理精度方面要求比较高的领域，十分适合于本文的高精度电机控制系统。

　　2.2 逆变电路

　　逆变电路将整流后的直流电变成可控的交流电，考虑系统的安全性和稳定性要求，此部分采用模块化的设计思想，即选择智能功率模块IPM作为功率器件。