应用DSP的异步电机直接转矩控制系统

　　1　引　言

　　直接转矩控制是一种高性能的交流调速技术，它直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，控制电动机的转矩和定子磁链，简化了系统的结构。但是直接转矩控制强调转矩和定子磁链控制，对转矩和定子磁链空间位置计算精度要求很高，因而系统构成比较复杂，要实现有效的直接转矩控制，高性能的单片机是必不可少的。德州仪器的TMS320F240数字信号处理单片机专门针对电机控制系统设计，本文介绍它在直接转矩控制中的应用。

　　2　直接转矩控制系统简介

　　直接转矩控制系统原理图如图1。

　　在图1中，适当控制逆变器的开关Sa、Sb、Sc(包括Sa、Sb、Sc下桥臂非门)的状态，就能够得到八种空间矢量电压，除两种是0矢量外，另外六种矢量构成正六边形的六条边，在异步电机上得到旋转的定子空间磁场，并且通过0电压矢量调节定子磁场的平均旋转速度。

　　为了得到图1中的正六边形轨迹磁场(用来替代三相交流电产生的圆形轨迹磁场)，确定磁场的空间位置成为重要的工作环节。根据-isRs)dt可以求出定子磁场的大小，但为了减少电压和电流传感器的数量，通常只使用两相传感器，通过计算再得出另外一相电压和电流。

　　3　控制系统的硬件组成

　　本系统以TI公司的TMS320F240数字信号处理单片机为核心，控制日本FUJI生产的IPM(智能功率模块)，从而把直流电压转换成交流矢量电压，驱动异步电机运转。其基本工作过程是：首先根据外部给定的转速和转矩要求，计算出定子磁场的幅值，然后建立定子磁场，最后施加工作电压产生旋转定子磁场。因此，我们按照图2的硬件结构结合DSP单片机的特点设计系统。

　　由于TMS320F240本身带有A/D转换器，所以我们没有必要再外加A/D转换。同时，电机的转速采用软件计算获得，因而没有速度检测环节，使系统硬件最小化。

　　IPM智能功率模块是集成功率开关元件，在系统中的位置举足轻重。FUJI生产的6MBP50RA060型IPM采用低电平有效触发，在使用过程中要注意。

　　4　DSP处理器扩展设计的说明

　　F240型号的微处理器专门针对电机控制而设计，片内集成有许多外设，我们可以利用的有：

　　(1)两个十位的A/D转换器，每个A/D转换器可以转换八路模拟量，因此，片内共有十六路A/D转换通道，不需A/D转换扩展。

　　(2)16k的闪存EEPROM，可以直接作为程序存储器，不需要程序存储器扩展。

　　(3)数字I/O接口，在适当写入IOSR寄存器时，可以当作输入输出接口使用，在本系统中，由于直接从I/O接口输出控制矢量，并且要求控制矢量能够延续一个控制周期，所以我们对I/O接口外加了锁存器。其电路图见图5。