電氣工程與自動化畢業(yè)論文電機變頻控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計</p><p>　　電機變頻控制系統(tǒng)設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程與自動化 </p><p>　　學生姓名 學號 </p&

2、gt;<p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著DSP和電子器件的發(fā)展，變頻調(diào)速技術也已經(jīng)成為很多工業(yè)應用的新動力。特別是帶有實時信號處理器的電機控

3、制專用器件和集成精度很高的智能功能模塊的引用，使得由變頻器供電的電機控制系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應用。變頻調(diào)速技術的優(yōu)越性也越來越明顯，它具有調(diào)速頻率的范圍大、調(diào)速的精度高、輸出的性能好和節(jié)電性能好等方面的優(yōu)點，加上電壓空間矢量的運用，基于DSP的變頻電機控制系統(tǒng)可以獲得更高的效率、更優(yōu)越的性能和更小的噪聲。</p><p>　　變頻器是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的核心，它的性能好壞直接影響變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的好壞。本文首先對變

4、頻器和變頻調(diào)速的原理和基礎知識作了闡述，然后從電壓的空間矢量技術產(chǎn)生PWM技術的原理和控制算法進行了重點論述，分析了利用TMS320LF2407A實現(xiàn)SVPWM算法產(chǎn)生PWM波形的硬件工作的原理，接著針對DSP設計了以DSP最小系統(tǒng)為核心的控制電路、信號采集電路等并用DSP編程實現(xiàn)電機變頻驅(qū)動算法。此外本文還在最后給出了軟件設計下實現(xiàn)電機變頻驅(qū)動的流程圖和框圖的方案并對CCS集成開環(huán)境做了簡介，從而使PC機通過串口對DSP進行控制，并將

5、電機狀態(tài)在PC機上顯示，再加上擴展的總線知識的運用來解決變頻驅(qū)動電機的現(xiàn)場因素。</p><p>　　關鍵詞： DSP；變頻調(diào)速；空間矢量PWM技術；電機變頻控制系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of DSP and electronic device, f

6、requency conversion and velocity modulation technology has also already become a very new motive power as to many industry applications. Specially has the real-time signal processor electrical machinery control special-p

7、urpose component and the integrated precision very high intelligence function module quotation, causes to obtain the more and more widespread application by the frequency changer power supply electrical machinery control

8、 system.</p><p>　　The frequency changer is the frequency conversion velocity modulation control system core, its performance quality direct influence frequency conversion velocity modulation control system q

9、uality. This article first has made the elaboration to the frequency changer and the frequency conversion velocity modulation principle and the elementary knowledge, then had the PWM technology principle and the control

10、algorithm from the voltage spatial vector technology has carried on the key elaboration, an</p><p>　　Keywords: DSP, frequency conversion velocity modulation, spatial vector PWM technology, electrical machine

11、ry frequency conversion control system</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1本課題的研究背景及意義1</p><p>　　1.2本課題相關內(nèi)容的發(fā)展和應用現(xiàn)狀1</p><p>　　

12、1.3課題研究的基本任務和內(nèi)容2</p><p>　　第2章 變頻器的概述4</p><p>　　2.1變頻器的工作原理4</p><p>　　2.2變頻器的優(yōu)點4</p><p>　　2.3變頻器的用途5</p><p>　　第3章 變頻調(diào)速及空間矢量PWM技術概述7</p><p

13、>　　3.1變頻調(diào)速的基本原理7</p><p>　　3.1.1電機學中一般調(diào)速方法的概述7</p><p>　　3.1.2變壓變頻調(diào)速的基本控制方法7</p><p>　　3.2變頻調(diào)速的空間電壓矢量控制算法8</p><p>　　3.3利用TMS320LF240x實現(xiàn)SVPWM11</p><p>

14、　　3.4空間矢量PWM的算法原理12</p><p>　　第4章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設計13</p><p>　　4.1主芯片的選擇13</p><p>　　4.2系統(tǒng)結構圖13</p><p>　　4.3整流電路14</p><p>　　4.4濾波電路14</p><p>

15、　　4.5逆變電路15</p><p>　　4.6 DSP外圍電路設計15</p><p>　　4.6.1 電源電路16</p><p>　　4.6.2 復位電路設計16</p><p>　　4.6.3 時鐘電路17</p><p>　　4.6.4總線電路分析17</p><p>　

16、　4.6.5串行接口電路17</p><p>　　4.6.6電壓電流采集電路設計18</p><p>　　4.6.7其它的一些附屬電路18</p><p>　　第5章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設計19</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件的整體設計19</p><p>　　5.2 CCS集成開發(fā)環(huán)境概述21<

17、;/p><p>　　5.3 DSP的Q格式說明22</p><p><b>　　總 結23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附錄1 程序清單26&l

18、t;/p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1本課題的研究背景及意義</p><p>　　20世紀后半葉，變頻調(diào)速技術的出現(xiàn)和不斷完善，成了電力拖動領域的一個重要事件。也因這門技術的不斷發(fā)展，使得原本結構簡單牢固、價格低廉、應用普及的交流異步電動機也有了性能良好的調(diào)速手段。近些年，伴隨著電力電子變頻技術、數(shù)字控制

19、技術的迅速發(fā)展，交流調(diào)速也成了發(fā)展最快的技術。變頻器的應用領域也日趨廣泛，從原先的產(chǎn)業(yè)機械領域逐步擴展到交通、建筑、國防等領域以及人們的日常生活中。[1-3]變頻技術簡單而言就是把直流電逆變成不同頻率的交流電，或是把交流電逆變成直流電再逆變成不同頻率的交流電，再或是把直流電變成交流電再把交流電變成直流電，總的來說這一切都是電能不發(fā)生變化，而只要頻率的變化。在各種調(diào)速節(jié)能中，利用變頻調(diào)速，是異步電動機調(diào)速效果最顯著、最成熟同時也是最有發(fā)展

20、前途的節(jié)能技術。變頻器的輸出電壓波形中較低次諧波對電機負載影響較大，會出現(xiàn)轉矩脈動，而那些較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，造成電機的出力不足，因此變頻器輸出的高低床異步電動機是電力、化工等行業(yè)最主要的動力設備。[1-5]隨著變頻器生產(chǎn)技術的成熟和變頻器應用的日趨廣泛，使用變頻器對電動機電源進行技術改造也成為各行業(yè)節(jié)能降耗、提</p><p>　　電機是與電能有關的能量轉換機械，是實現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換、傳

21、輸、分配、使用和控制的電磁機械裝置。電氣傳動是一項通過控制電機的轉速來滿足工作要求，進而改善了工作效果的一個技術，它也是信息、能源和機械的接口。我國對能源的有效利用已經(jīng)有著非常迫切的追求，而電機行業(yè)又消耗著大量的能源，如果可以對其加以利用的話，那可以大大的減少能源的消耗量，對我國能源的節(jié)省將會有著不可估計的作用。然而我國在這方面的裝備水平遠遠落后與發(fā)達國家的水平。所以變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國有著非常大的市場需求。變頻器代表著電力電子技術，如果

22、將電動機的功率技術、半導體器件的電力電子技術通過控制技術融合在一起，可以應對市場的各種需求，并不斷向前發(fā)展。[4-6]當前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。變頻技術是電力電子技術的主要組成部分，應用于包括交流電機的調(diào)速和供電等多個重要領域。電力電子技術的發(fā)展使得變頻技術更加成熟、經(jīng)濟、實用，實現(xiàn)了高效率和高品質(zhì)用電的相結合。電動機的數(shù)字控制也是電機

23、控制的發(fā)展趨勢。[6-7]為電機控制而專門設計的DSP也慢慢的</p><p>　　本論文設計采用變頻調(diào)速和DSP技術，并運用電壓空間矢量產(chǎn)生PWM技術來提高電機的性能并通過現(xiàn)場總線的設計分析的部分來實現(xiàn)遠程終端（PC機）與多個變頻器的通信與控制功能，使PC機能遠程控制電機運行狀態(tài)。且電機的性能良好，同時可以實現(xiàn)變頻器控制電機的啟停、加減速、旋轉不同狀態(tài)等功能并了解和掌握電機變頻控制的知識。通過本課題的設計進一步

24、學會運用電子技術、自動控制技術、變頻調(diào)速技術等知識解決實際問題的能力。</p><p>　　1.2本課題相關內(nèi)容的發(fā)展和應用現(xiàn)狀</p><p>　　我國變頻調(diào)速技術的應用，總的說來走的是一個由試驗到實用，由零星到大范圍，由輔助系統(tǒng)到生產(chǎn)裝置，由單純考慮節(jié)能到全面改善工藝水平，由手動控制到自動控制，由低壓中小容量到高壓大容量。國內(nèi)變頻器的發(fā)展大致是這樣的，70年代初國內(nèi)出現(xiàn)了以晶閘管為器件

25、組成的變流器，80年代出現(xiàn)了循環(huán)交流器供電的變頻調(diào)速傳動以及電壓或電流型6脈沖逆變器供電的變頻調(diào)速傳動，90年代新型電力電子器件的出現(xiàn)，PWM技術的交流調(diào)速技術的研制成功，出現(xiàn)了BJT（IGBT）PWM逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動。[6-8]然而國內(nèi)變頻調(diào)速技術水平較國際先進水平有著不小的差距。目前變頻器技術的發(fā)展主要有以下6個方面：[5-8]</p><p>　?。?）高水平的控制，微處理器的發(fā)展使數(shù)字控制成為

26、現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向</p><p>　?。?）網(wǎng)絡智能化，利用互聯(lián)網(wǎng)可以遙控監(jiān)視，實現(xiàn)多臺變頻器按工藝程序聯(lián)動，形成最優(yōu)化的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)。</p><p>　　（3）結構小型化，主電路中功率電路的模塊化、控制電路采用的大規(guī)模集成電路和全數(shù)字控制技術，均促進了變頻器裝置結構的小型化。</p><p>　?。?）高度集成化，提高集成電路技術及采用表面貼片技術

27、，使的裝置的容量體積比得到進一步提高。</p><p>　　（5）專門化，根據(jù)某一負載特性，有針對性地制造專門化的變頻器，有利于對負載的電動機進行經(jīng)濟有效的控制，而且可以降低制造成本。</p><p>　　（6）開發(fā)清潔電能的變頻器，盡可能降低網(wǎng)側和負載的諧波分量，減少對電網(wǎng)的公害和電機轉矩的脈動，實現(xiàn)清潔電能變換。</p><p>　　1978年AMI公司發(fā)布的S

28、2811被認為是第一個單片芯片， 1979年，美國Intel公司也推出了2920這個商用可編程器件，這兩種代表著DSP最早期的處理器，但由于兩種芯片的缺陷，其性能和結構遠不如現(xiàn)代的DSP。1980年，由NEC公司發(fā)布的第一個具有片上硬件乘法器的商用DSP芯片應該是uPD7720；接下來的一年，美國相繼也推出了自己的產(chǎn)品，一樣也是具有乘法器和存儲器、16位字長的芯片DSPI。緊接著不同類型的DSP芯片也慢慢地走上了舞臺，隨著1982年美國

29、的儀器公司推出了世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品，標志了實時數(shù)字信號處理領域的重大突破，也使的DSP開始得到了廣泛的應用[12]。其中TMS32010系列DSP芯片因其價格便宜、簡單實用、功能巨大等優(yōu)點，也是目前最有影響和成功的處理器。此后，經(jīng)過30多年DSP的不斷發(fā)展，它的發(fā)展也取了顯著的進步，也使得DSP芯片的應用越來越普遍，并慢慢地決定了電力電子產(chǎn)品的新時代的來臨。如果從運算的速度方面來比較，一次加法和一次乘法的

30、計算時間也從原先的400ns降低到了10ns的時間以下，處理的能力也相比也隨之有了幾十倍的提</p><p>　　1.3課題研究的基本任務和內(nèi)容</p><p>　?。?）了解電機變頻控制的發(fā)展現(xiàn)狀；</p><p>　　（2）理解變頻控制器通信系統(tǒng)的組成結構和工作原理；</p><p>　　（3）掌握MODBUS現(xiàn)場總線的設計方法；<

31、/p><p>　?。?）掌握DSP編程實現(xiàn)電機控制的方法；</p><p>　?。?）完成系統(tǒng)的DSP硬件電路設計。</p><p>　　本課題設計采用DSP編程等知識并運用MODBUS現(xiàn)場總線的設計方法來實現(xiàn)遠程終端（PC機）與多個變頻器的通信與控制功能，使PC機能遠程控制電機運行狀態(tài)從而來實現(xiàn)變頻器控制電機的啟停、加減速等不同狀態(tài)等功能并了解和掌握電機變頻控制的知識

32、。</p><p>　　首先，從本課題的背景和與本課題相關內(nèi)容的發(fā)展現(xiàn)狀，來了解本課題的大致方向，其次，通過對變頻調(diào)速和空間矢量產(chǎn)生PWM技術的原理的認識和分析來了解電機變頻控制的方式；再次，根據(jù)電機變頻控制系統(tǒng)的組成設計硬件電路并了解TMS320LF2407A DSP芯片的特性和實現(xiàn)SVPWM算法原理；接著，通過加上總線電路原理的分析和DSP編程知識的運用來實現(xiàn)最后的變頻控制控制電機的狀態(tài)運行；最后，加以整理總

33、結該論文。</p><p>　　第2章 變頻器的概述</p><p>　　2.1變頻器的工作原理</p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將固定頻率、電壓的交流電轉換為頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置設備，變頻器技術是強電和弱電混合、機電一體化的一門綜合的技術，它不僅處理了電能的變換問題，而且要處理對信息的收集、變換和傳輸?shù)葐栴}。如果單單去改變頻率

34、而不去改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。當輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，它最高值也只能是等于電機的額定電壓。其中變頻器工作中需要的工頻電源是由電網(wǎng)提供的動力電源，它的起動電流是當電動機開始運轉時，變頻器的輸出電流，它驅(qū)動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源的驅(qū)動。如果使用變頻器來供電比起電機供電的時候通過工頻時在起動和加速方面上所受

35、到?jīng)_擊要弱上很多。由于在利用工頻直接起動會有相當大的起動電流，使用變頻器時，它所輸出的頻率和電壓也是慢慢的增加到電動機上面的，所以相比前者受到的電流和加速沖擊要小很多。一般來說，電動機產(chǎn)生的轉矩是隨頻率的減小而減小。不過可以利用對磁通矢量控制變頻器的使用，來使電機低速時轉矩不足的缺點得以改善。一般定義上的逆變器</p><p>　　用于電機控制的變頻器，不僅可以改變電壓，而且可以改變頻率。其中頻率是電機供電電源的

36、電信號，因此能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣可以自由控制電機的旋轉速度。因而那些以控制頻率為目的的變頻器，也是做為電機調(diào)速設備的優(yōu)選設備。 當變頻器工作時，流過變頻器的電流都是相當大的, 由此產(chǎn)生的熱量也很大，所以不能忽視發(fā)熱所引起的不良影響 。變頻器里主控電路的任務是指對內(nèi)控制電能的改變，對外接受控制信號并輸出狀態(tài)。為了改善電流放行、減少對外界的干擾等方面的影響，有些廠家在主電路里用三電平替換二電平，從而推出

37、了三電平低壓變頻器。三電平逆變電路的輸出線電壓，每個脈沖的變化率比二電平逆變電路減小了一半，它主要有以下好處，減小了對電動機槽絕緣的沖擊，延長了絕緣材料的壽命；減小了由于SPWM調(diào)制而產(chǎn)生的電磁輻射；減小了因線路分布電容而引起的漏電流；減小了電動機的軸和軸承間的感應電流以及由此而引起的電腐蝕。變頻器大致上由整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等四大部分組成。其中整流電路的目的就是把交流電源向直流電源的一個轉換。通常上都為一塊單獨的整流

38、模塊，不過也會有整流電路與逆變電路二者合一的模塊比如富士7</p><p><b>　　2.2變頻器的優(yōu)點</b></p><p>　　隨著控制技術、電力電子技術和微電子技術的突飛猛進，使得近20年來交流電機調(diào)速不易的問題得以解決并逐步改善，并能與直流電機的調(diào)速相競爭。交流電機可以分為異步機和同步機兩個類型。交流電機的調(diào)速方式中，以變頻調(diào)速最為理想，也是交流電機變速的

39、研究和發(fā)展的主流，交流電機的變頻調(diào)速就是通過改變電子的供電頻率從而來調(diào)節(jié)交流電機的轉速，而且能滿足一定的轉矩要求的調(diào)速方式，為保證調(diào)速過程中電機的磁通不變，一般都需要同時改變電壓和頻率，所以，也被稱為VVVF調(diào)速系統(tǒng)。隨著逆變技術的進步和發(fā)展，可以解決了換流電容的容量保持不變，從而提高變頻器的性能，也推動著變頻調(diào)速的發(fā)展。運用變頻調(diào)速的目的關鍵是因其可以徹底取消機械式換向器，變頻器則是調(diào)速系統(tǒng)中的關鍵所在，通過它可以把工頻三相交流電壓轉

40、換為可變壓可變頻的三相交流源，在電力電子技術的推動下，交流電機變頻調(diào)速也在不斷發(fā)展和進步，采用變頻器調(diào)速的優(yōu)點主要有以下幾點[1,7]：</p><p>　　(1)裝置壽命得以延長長，可靠性增高，不需要維修。</p><p>　　(2)頻率精度變高，能保證轉速的高精度。</p><p>　　(3)頻率間的變化范圍較大，從而保證了調(diào)速的范圍廣。</p>

41、<p>　　(4)裝置的變流效率高，提高了整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率。 </p><p>　　(5)裝置所占面積比較小，噪聲也比較小。</p><p>　　(6)變頻調(diào)速能徹底取消換向器，因此沒有了換向器的限制，從而擴大了電機的容量，讓電動機的轉速和電壓都得到了提高，而直流電動機調(diào)速則沒有這方面的優(yōu)點。例如現(xiàn)在的直流電機的單機容量只能達到12000和14000kw之間，而交流電

42、動機遠遠的高于該值；直流電動機的最高電壓也只能達到1000V，然而交流電動機則很容易的就能達到6~10kV或更高，直流電動機的最高轉速只能達3000r／min切左右，相比之下交流電動機則可高達每分鐘數(shù)萬轉或更高。</p><p>　　(7)鼠籠式異步機或永磁式同步機的變頻調(diào)速，在易燃、易爆以及環(huán)境惡劣的地方被普遍的采用且很有效果。此外，把現(xiàn)有的恒速交流電動機傳動改為變速傳動也非常方便，不用更換電動機，只要在進線電

43、源和電動機之間加裝一臺靜止變頻裝置即可。</p><p>　　(8)變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性很高。因晶閘管變頻控制技術和逆變技術的進步和發(fā)展，讓電子元器件高度集成化、可靠性高，使交流電動機的控制裝置非常耐用，幾乎不用維修，而交流電機本身維護工作量就是少的。</p><p>　　(9)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有經(jīng)濟性。隨著電力電子器件價格的不斷下降，變頻調(diào)速系統(tǒng)的總價格也隨之慢慢下降，最終接近或低于直流電

44、動機調(diào)速系統(tǒng)。此外，調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟性不僅要考慮設備的初投資費用，還應該考慮調(diào)速的日常維護費用。由于變頻調(diào)速在整個調(diào)速范圍內(nèi)效率高，功率因數(shù)都好于直流凋速系統(tǒng)，因此總的經(jīng)濟性相對于直流調(diào)速也比較好，而且還更適合能節(jié)能。</p><p>　　(10)因控制技術、微電子技術和微型電子計算機的發(fā)展和進一步的應用，使得交流變頻調(diào)速的靜態(tài)特性和動態(tài)品質(zhì)更接近直流調(diào)速系統(tǒng)的技術指標。</p><p>&

45、lt;b>　　2.3變頻器的用途</b></p><p>　　變頻器根據(jù)電路的組成分為交—交變頻器和交—直—交變頻器2種類型。根據(jù)控制方式的不同又可分為變頻變壓控制、VC控制和直接轉矩控制3種。按照變頻器的用途不同，又可以分為兩種，分別是通用變頻器和專用變頻器，變頻器的用途是我們最為關心，也是跟我們的利益有著最直接的聯(lián)系。通用變頻器就是使用廣泛，數(shù)量最多的一類變頻器，在當今變頻器技術的不斷成熟和

46、市場的不斷需求的刺激下，通用的變頻器有著以下兩個方面的發(fā)展：一個是以節(jié)能節(jié)電為主要任務而發(fā)展成為了簡化了的低成本且簡易型的通用變頻器，主要運用在那些對調(diào)速性能的要求不高，加上具有體積小、價格低等方面的系統(tǒng)，例如水泵、風扇、鼓風機；另一個發(fā)展的方向則是在設計的過程中需要充分考慮應用中的高性能、多功能的變頻器，用戶通過利用負載的特性選擇算法來對變頻器的各種參數(shù)進行設定，還可以根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇廠家所提供的各種備用件來滿足特殊的要求，這類高性

47、能的多功能的通用變頻器應用也是相當廣泛，可以應用在各種簡易變頻器的領域，還在電梯、數(shù)控機床等調(diào)速系統(tǒng)需要高性能的方面使用。以前，通用的變頻器都是采用電路結構比較簡單的變頻變壓控制方式，目前隨著變頻技術的不斷發(fā)展，一些廠家推出</p><p>　　與通用變頻器不同，專用變頻器，顧名思義是指專門針對某一要求某一場合而設計的變頻器，專用的變頻器主要有高性能專用變頻器、高頻變頻器和高壓變頻器3種。</p>

48、<p>　　由于控制技術的發(fā)展和成熟，使得變頻器不僅有基本的調(diào)速控制，還有了多種算術運算和智能控制等功能，以致于輸出的頻率精度更高。而且由于它還具有完善的檢測、保護環(huán)節(jié)，使得它被廣泛的運用于自動控制系統(tǒng)之中。例如，化纖工業(yè)的卷繞、拉伸；玻璃工業(yè)里的平板玻璃退火爐、拉邊機；電弧爐的自動加配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制系統(tǒng)等等都是使用變頻器。</p><p>　　變頻器的運用，使得風機、泵類等電動機的用電量不斷

49、減少，達到了節(jié)能用電的顯著效果，它們的節(jié)電率可以到20%～60%,變頻器改善風機、泵類的節(jié)電原因是因為它們的負載的實際消耗的功率基本上與轉速的3次方成正比。而恰好采用了變頻調(diào)速能使得轉速降低，因此才有顯著的節(jié)能效果。因而變頻器調(diào)速技術在這類負載上面使用具有非常良好的前景，也具有重大的意義，這樣一來，節(jié)省了大量的電能，也使的在較短的時間內(nèi)就可以收回所需的投資，所以，變頻器的應用在這一領域相當廣泛和實用[3-8]。</p>&

50、lt;p>　　變頻器除了前面的用途之外，它在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面也作用廣泛，因此變頻器在傳送、起重、擠壓和機床等各種機械設備的控制領域也被普遍使用，利用變頻器來減少設備的沖擊和噪聲，延長設備的使用壽命。變頻器調(diào)速技術的運用使得機械設備的簡化，操作和控制都更為的方便，有些特殊的設備還能改變原有的工藝規(guī)范，來提高整體的功能。</p><p>　　第3章 變頻調(diào)速及空間矢量PWM技術概述</p>

51、;<p>　　3.1變頻調(diào)速的基本原理</p><p>　　由于一些電機變頻控制系統(tǒng)的復雜情況，造成了電機與操作電機控制系統(tǒng)的現(xiàn)場較遠。這造成了變頻器的安裝的不便，針對這個問題，設計了以Modbus現(xiàn)場總線為基礎的智能變送器，從而可以遠程控制變頻器，也利于監(jiān)控和傳送，有助于延長系統(tǒng)有效控制距離，提高系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)傳輸率，并能提高反抗干擾性能和擴展系統(tǒng)的功能。從而達到了利用變頻器的控制來遠程驅(qū)動電機的

52、運行狀態(tài)。電機變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)是由執(zhí)行元件（各種電機）、功率驅(qū)動單元、控制算法等各元素組成的一個復雜的系統(tǒng)。變頻電機驅(qū)動控制系統(tǒng)先由CPU產(chǎn)生控制脈沖，然后控制脈沖先經(jīng)過DSP進行脈沖的分配，再經(jīng)過變頻調(diào)壓技術和空間矢量產(chǎn)生PWM技術進行功率放大從而驅(qū)動電機，帶動負載運動。本文通過以TMS320LF2407作為控制單元驅(qū)動算法，從而實現(xiàn)控制電機按時序要求工作。</p><p>　　3.1.1電機學中一般調(diào)速方法的

53、概述</p><p>　　從電機學的學習知道了交流異步電動機的轉速公式[9-10]：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　其中，異步電機定子電壓供電頻率為f1，異步電機的極對數(shù)為，異步電機的轉差率為s。從公式知道，要改變異步電機的轉速，可以有3種方式，就是改變3種不同的參量，就是改變極對數(shù)，或者改變轉差率，再或者改變電壓的

54、供電頻率。</p><p>　?。?）變極對數(shù)調(diào)速，顧名思義就通過改變極對數(shù)的不同來改變異步電機同步轉速來達到調(diào)節(jié)目的，即：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　變極調(diào)速的實現(xiàn)是利用改接定子繞組的連接方式而得。因一般電機的本身因素的限制，所以調(diào)速范圍比較有限，且極對數(shù)總是整數(shù)，所以這種調(diào)速是一種有極調(diào)速。<

55、/p><p>　?。?）變轉差率調(diào)速，這種調(diào)速方法的實現(xiàn)方案有很多，比較常用的是改變異步電機的定子電壓調(diào)速、采用滑差電機調(diào)速、轉子繞組串電阻調(diào)速等。這幾種方法都可以實現(xiàn)平滑調(diào)速，但它們有一個共同的缺點是在調(diào)速過程中會產(chǎn)生大量的轉差功率并消耗在轉子回路中，使轉子發(fā)熱，導致系統(tǒng)效率降低。</p><p>　?。?）變頻調(diào)速，變頻調(diào)速是通過改變定子電壓供電頻率f1來實現(xiàn)對轉速的改變完成調(diào)速目的，這種

56、方式只需要有輸出頻率就能平滑、無極地調(diào)節(jié)異步電機的轉速。且這類系統(tǒng)中無論轉速高低，所消耗的轉差功率基本不變，所以效率最高，也被普遍運用。</p><p>　　三相交流異步電機的電動勢的有效值為：</p><p>　　（3-3） </p><p>　　3.1.2變壓變頻調(diào)速的基本控制方法</p

57、><p>　　（1）基頻以下調(diào)速—恒壓頻比控制</p><p>　　在進行電機調(diào)速時，常需要考慮的一個重要因素是能保持電機中每級磁通量為一個定值，并且使值不變。假如磁通太弱，則不能對電機鐵心充分利用，容易造成浪費；如果磁通過分增大，也使容易鐵心飽和，也會引起勵磁電流過分變大的，嚴重的時候還會讓電機繞組產(chǎn)生過大的溫度從而引起電機的損壞。相比而言，直流電機具有獨立的勵磁系統(tǒng)，只需對電樞反應進行適當

58、的補償，很容易就能做到保持磁通恒定。然而在異步電機中，磁通是定子和轉子磁動勢不是獨立的，因此要想實現(xiàn)磁通恒定的目的是一個很困難的事。如果要給交流異步電機進行調(diào)速時，當要電機的轉速從高速向低速的方向調(diào)整變換的時候,希望能達到電機定子的磁通量保持不變,這時就要保證感應電動勢和電源頻率的比值維持一個定值。假設電機定子阻抗上的壓降不做考慮時,那么電源的電壓的值將和感應電動勢相等。如果電機的頻率比較高,那么轉子電壓也會隨著轉速的不斷降低而按照某種

59、比例下降,而定子阻抗上的壓降卻不會按比例下降,不過定子電壓在系統(tǒng)總電壓中的比率會隨之有所增大,假設上述條件不滿足,則不能把電源電動勢與定子電壓近似相等的來看待。感應電動勢的下降會引起磁通量的不斷減小,并讓電機的臨界轉矩也隨之下降。如</p><p>　　低頻時，由于U1和Eg都較小，定子壓降所占量就比較大，這時就不能被忽略。我們可通過人為來提高一點定子電壓U1，從而來償定子電阻壓降如圖3.1所示。</p&g

60、t;<p>　　圖3.1恒壓頻比控制方式</p><p>　?。?）基頻以上調(diào)速——弱磁升速</p><p>　　在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從f1n向上增大，但由于電機絕緣上的原因，電壓U1一般不能超過額定電壓U1n,頂多使U1=U1n,所以要使電機轉速大于額定轉速，必須讓電機磁通低于額定磁通，這跟直流電機的弱磁升速比較類似。</p><p>　　3.

61、2變頻調(diào)速的空間電壓矢量控制算法</p><p>　　PWM波的控制算法一般有兩種，一種是傳統(tǒng)的正弦PWM方式，另外一種就是新提出的電壓矢量控制PWM的方法。電壓矢量的控制PWM方法有著明顯的優(yōu)勢，它不僅能讓電動機的損耗降低，還能提高逆變直流測的電壓利用率。運用高速的DSP系統(tǒng)，使算法更快，性能也更高和更可靠。交流電動機需要輸入三相正弦電流的最終目的是在于在電機空間形成圓形旋轉磁場，進而產(chǎn)生恒定的電磁轉矩，把逆變

62、器和交流電機看做一個整體，以圓形旋轉磁場為目標來控制逆變器的工作，稱為磁鏈跟蹤控制，而它的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的，也叫電壓空間矢量控制[12-15]。</p><p>　　空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM控制三相電壓型逆變器的功率器件的開關觸發(fā)順序和脈寬。這樣一來將在定子線圈中產(chǎn)生3個相差120°電角度且波形失真較小的正弦波電流。而傳統(tǒng)的正弦PWM方式通常在電壓頻比控制中來控制功率開關器件

63、的通斷，著眼于使逆變器輸出電壓盡量接近正弦波，其缺點是電壓的利用率比較低。然而新提出的空間電壓矢量則是從電機的角度出發(fā)，著眼于如何使電機獲得恒定的圓形磁場。SVPWM控制利用逆變器不同的開關模式產(chǎn)生的實際磁通去接近基礎磁通圓，它不但能達到較高的控制性能，而且是把逆變器和電機看做是一個整體，也使得模型簡單，便于數(shù)值化實現(xiàn)，并具有轉矩脈動小、噪聲低、電壓的利用率高等優(yōu)點。</p><p>　　下面以三相電壓型逆變器電

64、路來解釋電壓空間矢量的原理。下圖3.2所示，為三相電壓逆變器結構圖。</p><p>　　圖3.2 三相電壓型逆變器結構圖</p><p>　　它主要有一個直流電源Vdc和6個功率管Q1～Q6組成，其中Va、Vb和Vc是逆變器的輸出電壓，6個功率管分別被a,b,c,a1,b1,c1這6個控制信號所控制著。當逆變橋上半部分的一個功率管導通時（a、b或c為1）,其下半部分相對的功率管將關閉（a

65、1、b1或c1為0）。</p><p>　　逆變橋輸出的線電壓矢量、相電壓矢量和開關變量矢量之間的關系如下：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中Vdc是電壓型逆變器的直流供電電壓。因為開關變量矢量有8種不同的組合，

66、所以逆變上半部分功率管也有8種組合，因此輸出的線電壓和相電壓也有8種見下面表3.1的關系所示。</p><p>　　表3.1功率管的開關狀態(tài)和與之對應的輸出線電壓和相電壓的關系</p><p>　　在該表中Va、Vb和Vc表示3個輸出電壓，Vab、Vbc 和Vca表示3個輸出的線電壓。在（，）坐標系中與輸出的三相線電壓相對應的分量可以表示為下面矩陣：</p><p>

67、;<b>　?。?-6）</b></p><p>　　因此我們可以得到開關變量矢量與空間矢量子軸分量的關系表如表3.2所示。</p><p>　　表3.2開關變量與其相對應的子軸（，）的關系表</p><p>　　表中Vsa、為基本空間矢量的軸分量，每個基本空間矢量與恰當?shù)墓β使荛_關命令信號組合（c,b,a）相對應。</p>&l

68、t;p>　　空間矢量PWM技術的目的是利用與基本的空間矢量對應的開關狀態(tài)的組合，得到一個給定的定子參考電壓矢量Uout。參考電壓矢量Uout用其（，）軸分量和表示。下圖3.3表示參考電壓矢量與之對應的軸分量以及基本空間矢量和的對應關系。</p><p>　　圖3.3為參考電壓矢量和它對應的軸分量的關系和U0和的對應關系</p><p>　　其中表示U0和的軸分量之和，表示U0和的軸之

69、和，結合表3.2，可以得到:</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　參考電壓矢量位于U0和兩個基本矢量包圍的扇區(qū)之中，經(jīng)過一系列的公式推導可以得到：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　其中T1和T3分別是在周期時間T中基本空間矢量U0和

70、各自的作用時間；T=T0+T1+T3，T0是0矢量的作用時間，和表示參考矢量Uout相對與最大相電壓歸一之和的軸分量；取T1，T3和周期T的想到關系如下：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　同理可以得到參考矢量被其他基本矢量包圍的扇區(qū)時的一些相對值。</p><p>　　如果定義X,Y,Z3個變量如下：<

71、/p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　則綜上所述，可以得到矢量Uout位于被基本空間矢量U0、所包圍的扇區(qū)（扇區(qū)0），則可得到t1= —Z，t2=X；矢量Uout位于被基本空間矢量、所包圍的扇區(qū)1，則t1=Z,t2=Y,同理可以得到其他扇區(qū)的關系表3.3如下所示。</p><p>　　表3.3 t1、t2與X,Y,Z

72、的對應關系表</p><p><b>　　定義下面3個參量：</b></p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　定義3個變量a、b和c。如果，則a=1,否則a=0,如果，則b=1,否則b=0；，如果,則c=1，否則c=0。設N=4c+2b+a，則可得到N與扇區(qū)數(shù)的一些對應關系如表3.4所示。&l

73、t;/p><p>　　表3.4 N與扇區(qū)數(shù)sector 的對應關系表</p><p>　　到此為止，如果已知參考電壓矢量Uout，或其在坐標系上的軸分量和，就可以根據(jù)上面的推導計算出與Uout對應的兩個基本空間矢量的作用時間相對SVPPWM調(diào)制周期T的比例t1、t2。如果已知t1、t2，又已知要求的SVPWM的調(diào)制周期T，就可以確定空間矢量分別的作用時間T1、T2,再加上前面的公式，就可以很

74、方便的利用F2407實現(xiàn)SVPWM算法，從而實現(xiàn)DSP的矢量控制來驅(qū)動電機的運轉。</p><p>　　3.3利用TMS320LF240x實現(xiàn)SVPWM</p><p>　　每個F2407的事件管理器EV模塊都擁有了操作相當簡單的對稱空間矢量PWM波形產(chǎn)生的內(nèi)置硬件電路。希望產(chǎn)生得到空間矢量PWM波，我們只需對以下的寄存器進行設置[14]：</p><p>　　（1

75、）定義比較輸出引腳的輸出方式，高電平有效，或者低電平有效，可以通過對ACTRx寄存器的設置。</p><p>　?。?）為了使能比較操作和空間矢量PWM模式，并且能把CMPRx的重裝入條件設置為下溢出，則通過對COMCONx寄存器的設置。</p><p>　?。?）將通用定時器1或2、4或5設置成連續(xù)增/減計數(shù)的一個模式，并且啟動定時器。我們要得到在二維坐標系下輸入到電機的電壓Uout,并

76、分解為和，來得到每個PWM周期的參數(shù)。</p><p>　?。?）每個相鄰矢量，Ux和Ux+60(通過確定Uout所在的扇區(qū)數(shù)就可以完成這一要求)。 </p><p>　?。?）通過SVPWM的調(diào)制周期T來計算得到兩個基本的空間矢量和0矢量的分別作用時間T1、T2 和T0。</p><p>　?。?）在ACTRx.14～12位中寫入相應于Ux的開啟方式，同時在ACT

77、Rx.15中寫入1，或者在ACTRx.14～12位中寫入Ux+60的開啟方式，同時在ACTRx.15中寫入0。</p><p>　?。?）將T1、T2的值在CMPR1或CMPR4寄存器中寫入，將兩者的平均值寫入CMPR2或CMPR5寄存器。</p><p>　　3.4空間矢量PWM的算法原理</p><p>　　為了能順利完成一個空間矢量PWM周期，每個事件管理EV

78、模塊的空間矢量PWM硬件工作如下：</p><p>　?。?）在每個周期的開始，將PWM輸出置成由ACTRx.14～12設置的新方式Uy,這也叫做第一類輸出方式。</p><p>　?。?）在增計數(shù)期間，當CMPR1或CMPR4與通用定時器1或3發(fā)生第一次匹配時，如果ACTRx.15為0，則將PWM輸出開啟到方式Uy+60；如果ACTRx.15為1，則將PWM輸出開啟到方式Uy-60,這也

79、被叫做第二類輸出方式。</p><p>　?。?）在增計數(shù)期間，當CMPR2或CMPR5與通用定時器1或3發(fā)生第一次匹配時，就是計數(shù)器達到（T1+T2）/2時候，將PWM輸出開啟到方式000或111.它們與第二類輸出方式之間只有一位的差別。</p><p>　　（4）在減計數(shù)期間，當CMPR2或CMPR5與通用定時器1或3發(fā)生第二次匹配時，把PWM輸出置回到第二類輸出方式。</p&g

80、t;<p>　?。?）在減計數(shù)期間，當CMPR1或CMPR4與通用定時器1或3發(fā)生第二次匹配時候，將PWM輸出回到第一類輸出方式。</p><p>　　第4章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路設計</p><p><b>　　4.1主芯片的選擇</b></p><p>　　近20多年DSP的不斷發(fā)展，使電機調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)全數(shù)字化。本課題采

81、用的是TMS320LF240x。TMS320LF240x的DSP主要有以下特性[12-14]：</p><p>　　高性能靜態(tài)CMOS技術的采用，讓供電的電壓降達到了3.3V，有助于控制器的功耗的減??；其30MIPS快速的執(zhí)行速度也讓指令周期縮小到了33ns(30MHz),讓控制器的實時控制能力有了不小的提高。</p><p>　　高運算性能：最高可達40MIPS，指令周期25ns<

82、/p><p>　　基于TMS320C2xxDSP的CPU核，保證了F240x系列DSP代碼與TMS320系列的DSP代碼有所兼容。</p><p>　　片內(nèi)具有高達32K字的FLASH程序存儲器，有高達1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM、544字雙口RAM和2K字的單口RAM（SARAM）。</p><p>　　兩個事件管理器模塊EVA和EVB，包括：兩個16位通用定時器；8

83、個16位脈寬調(diào)制（PWM）通道。</p><p>　　可擴展的外部存儲器(LF2407)總共192K字空間：64K字程序存儲器空間、64K字數(shù)據(jù)存儲器空間和64K字I/O尋址空間。</p><p><b>　　看門狗定時器模塊。</b></p><p>　　10位A/D轉換器最小轉換時間為500ns,可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)的兩個8通道輸入

84、A/D轉換器或一個16通道輸入A/D轉換器。</p><p>　　控制器局域網(wǎng)路2.0B模塊。</p><p>　　串行通信接口（SCI）模塊。</p><p>　　16位串行外設（SPI）接口模塊。</p><p>　　基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器</p><p>　　高達40個可單獨編程或重復的通用I/O引腳。</

85、p><p>　　5個外部中斷（兩個電機驅(qū)動保護、復位和兩個可屏蔽中斷）。</p><p>　　電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地將外設器件轉入低功耗工作模式。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)結構圖</b></p><p>　　主電路和控制電路構成了整個控制系統(tǒng)。其中主電路由整流和IPM逆變電路組成,它的主要目的是為

86、了讓交直交之間的電壓得以改變，使電機具有可靠并可調(diào)節(jié)的電壓和電流；而它所需的控制電路則是以由TMS320LF2407A芯片為核心的電路組成,控制電路的主要任務在于對電機的速度、電流反饋信號進行接收然后通過A/D進行變換，通過DSP控制器進行電壓空間矢量算法處理，最后輸出PWM脈沖波,從而對逆變電路中的六個開關器件進行驅(qū)動。最終實現(xiàn)了以DSP為核心基礎的變頻調(diào)速為條件的實現(xiàn)對電機調(diào)速的一個系統(tǒng)。它的結構如下圖4.1所示。</p>

87、;<p>　　4.1系統(tǒng)的結構框圖</p><p><b>　　4.3整流電路</b></p><p>　　整流電路的選擇跟變頻器的輸出功率的大小有關，整流電路選擇單相全波整流橋一般用于變頻器輸出小功率的電機，而大功率的電機一般選用三相橋式全波整流。本設計為小功率的電機所以設計的整流電路采用單相全波整流橋的電路，具體如下圖4.2所示，它主要是為了實現(xiàn)交流

88、電變?yōu)橹绷麟姷倪@一過程。</p><p><b>　　圖4.2整流電路</b></p><p>　　它主要的組成部分就是有4個整流二極管，它的電流計算過程如下，首先流經(jīng)二極管的最大電流為：</p><p>　　(4-1) </p><p>　　流經(jīng)二極管的

89、有效值則為：</p><p><b>　　(4-2) </b></p><p>　　二極管的額定電流為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　4.4濾波電路</b></p><p>　　通過整流電路之后得到的電壓

90、是有脈動的了，再加上逆變電路和負載的影響都引起了直流電壓的脈動，我們希望得到比較平滑的直流電，因此在整流器之后添加了濾波的電路。一般在整流輸出端并大電容，這樣以來不但可以改善得到的電壓波形，減小了電壓的脈動，還能消除整流電路和逆變器之間的相互作用帶來的干擾。還對感應電動機有一定的儲能效果。</p><p>　　未增加濾波大電容，整流得到的電壓平均值是：</p><p><b>　

91、?。?-4）</b></p><p>　　而添有濾波大電容時，輸出得到的電壓可以達到表示如下：</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　我們可以設置如下的電路作為濾波電路，如圖4.3所示。</p><p><b>　　圖4.3濾波的電路</b></p&g

92、t;<p>　　其中濾波的電容理論上是大的效果好，通常用大容量且耐壓性好的濾波電解的電容。</p><p><b>　　4.5逆變電路</b></p><p>　　逆變電路分為有源逆變和無源逆變兩種，它的目的在于把直流轉換成交流電， 逆變電路里功率器件運用的IPM智能功率模塊，它主要的組成結構是高速低耗的管芯、改進的門級電路和快速的保護電路，能讓驅(qū)動的電

93、路和開關器件有效的結合一體，加上它內(nèi)部還設置有過電壓，過電流等故障檢測電路，而且它可以把信號發(fā)送到DSP作一個中斷，它也是目前最新端的模塊。IPM也能避免在使用不當?shù)臅r候受損，它尤其適合電機變頻這種驅(qū)動電路的控制器，是變頻調(diào)速中最理想的電力電子器件。IPM的外圍的接口電路主要有故障保護電路、驅(qū)動電路和光耦隔離等電路，其中光耦隔離電路的目的是在于提高電路的安全性，它處在DSP產(chǎn)生PWM信號的輸出端和IPM的信號控制的輸入端口，它使得原始的

94、信號有了一個延時，在運用矢量控制產(chǎn)生PWM信號因其開關頻率高，死區(qū)時間不能太大，一般選用快速光耦。</p><p>　　4.6 DSP外圍電路設計</p><p>　　為了保證DSP正常運行而設置了外圍電路，它主要有電源電路，時鐘電路和復位電路等組成。先介紹一個DSP最小系統(tǒng)的框圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 DSP最小系統(tǒng)框圖</p>

95、<p>　　4.6.1 電源電路</p><p>　　TMS320LF2407A的內(nèi)核電壓和I/O端口電壓都是3.3V，而控制系統(tǒng)整體是由一個外接5V的電壓供電，因此只需單路輸入5V、輸出3.3V的電源器件，這里我們選擇TPS7333穩(wěn)壓器件來為DSP供電，電路圖如圖4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5電源電路</b></p>

96、<p>　　4.6.2 復位電路設計</p><p>　　該系統(tǒng)得電之后是能實現(xiàn)自動復位的，不過為避免被其它因素干擾而引起的死機等不良狀況，所以還人為的設置了一個電路。它的主要目的在于給DSP信號處理器提高一個復位的信號，從而保證電源的穩(wěn)定狀態(tài)，不受到干擾能正常的運行。而且保證復位信號的可靠作用，所以要經(jīng)一定的時間再撤銷復位信號，避免電源一瞬間動作之后引起的不良影響。外部的復位電路可以設置如下圖4.6

97、所示，它通過復位鍵來實現(xiàn)電容的充放電來實習復位功能的。</p><p><b>　　圖4.6復位電路</b></p><p>　　4.6.3 時鐘電路</p><p>　　時鐘電路是DSP芯片非常重要的一個電路，也是一個DSP芯片關鍵基礎的部分所在，這一電路的好壞決定了系統(tǒng)的可靠與否、是否穩(wěn)定的狀態(tài)，時鐘電路的影響有時會引起系統(tǒng)的死機和一些不正

98、常的工作狀態(tài)。它的選擇原則是根據(jù)下面6個方面進行的：</p><p>　?。?）如果系統(tǒng)需要種類多且頻率也不一樣的時鐘信號，可以最先考慮可編程時鐘芯片。</p><p>　?。?）如果信號需求比較單一，則選擇晶體的時鐘電路。</p><p>　?。?）同一頻率數(shù)量多的信號時，選擇晶振。</p><p>　?。?）如果沒有震蕩電路的DSP，不可

99、以用晶體時鐘的電路。</p><p>　?。?）DSP時鐘信號電源為1.8V，推薦晶體時鐘的電路。</p><p>　?。?）盡量的運用片內(nèi)的PLL，來降低時鐘頻率，從而時穩(wěn)定性提高。</p><p>　　4.6.4總線電路分析</p><p>　　因為電機控制的路線較遠，為了能夠更好的遠程控制變頻器，引入了對總線電路的設計，我們設計了以M

100、ODBUS協(xié)議為核心的智能變頻器驅(qū)動電機，它便于信號的傳送和監(jiān)控，下面簡單分析下電路整個過程，整個系統(tǒng)以DSP芯片LF2407A為核心結構，先把電壓、電流信號進行采集然后通過A/D轉換器轉變成數(shù)字的信號傳到DSP進行一定電壓空間矢量算法的處理，最后由MAX-485芯片以Modbus協(xié)議為基礎通過RS-485接口向主電路的傳送，從而通過Mobdus網(wǎng)絡遠程控制變頻器的啟停的運行頻率，實現(xiàn)電機變頻控制系統(tǒng)的運轉。</p>&l

101、t;p>　　4.6.5串行接口電路</p><p>　　串行接口電路如圖4.7所示，通過串行接口電路的設計實現(xiàn)下位機和上位機之間的通信。</p><p>　　圖4.7串行接口電路</p><p>　　4.6.6電壓電流采集電路設計</p><p>　　下圖4.8是一個電壓電流的采集電路，運放A1構成負反饋放大電路，D2接在A1輸入端，完

102、成對LED輸出光信號的檢測，并自動調(diào)整通過LED的電流。A2構成電流電壓轉換電路，A2和R2將I2轉換為輸出電壓。R3為限流電阻，C1、C2起反饋作用，用于改善電路的高頻特性，提高電路的穩(wěn)定性，消除毛刺信號，降低電路的輸出噪聲，可以通過調(diào)整R1和R2的值，使輸出電壓調(diào)整在DSP所能接受的電壓范圍內(nèi)。</p><p>　　圖4.8電壓電流采集電路</p><p>　　4.6.7其它的一些附屬

103、電路</p><p>　　檢測電路，它是電機控制系統(tǒng)中的一個重要組成環(huán)節(jié)，分別有電流、電壓、轉速等檢測。采用霍爾元件檢測法,檢測電機的電流；轉速檢測采用M法測速原理,即在某一采樣時間內(nèi),通過對脈沖的計數(shù)來確定轉速的大小。得到的采樣信號再經(jīng)過電平轉換電路和運放電路,變換為對應的0~5V變化的模擬信號,與DSP的A/D轉換器引腳相接。</p><p>　　故障保護電路是因TMS320LF240

104、7A中有兩個事件管理器模塊EVA和EVB從而保證了外部中斷PDPINT來實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護,可以需要保護的信號,如電流檢測、電源故障等信號,經(jīng)過A/D轉換后,再發(fā)送到DSP的PDPINT引腳,一旦發(fā)生故障,則DSP會立刻啟動PDPINT中斷程序,同時關斷系統(tǒng)的PWM波形信號的輸出,直到故障的消失。</p><p>　　第5章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件的整體

105、設計</p><p>　　電機變頻控制系統(tǒng)的程序分為上位機的監(jiān)控程序和下位機的控制程序，上位機主要掌握電機參數(shù)設定和電機狀態(tài)的顯示，下位機的控制程序又分為一個主程序和3個中斷服務子程序。其中主程序是負責DSP的初始化、串口之間的通信、循環(huán)等待等功能。它的流程圖如下圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1為主程序流程圖</p><p>　　串口通信中斷的子程序目的

106、是接收已知的信號并返回傳送得到的電機狀態(tài)，它的流程圖如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2串口中斷子程序圖</p><p>　　故障中斷子程序是在DSP接收到故障信號而產(chǎn)生的中斷，關閉PWM的輸出，斷開主電路并顯示對應的故障，從而保護系統(tǒng)和IPM功率塊。其流程圖如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3故障中斷子程序</p><p&g

107、t;　　PWM中斷服務程序的作用有以下幾點：</p><p>　?。?）根據(jù)所給的頻率來調(diào)節(jié)控制所需的頻率</p><p>　?。?）通過已知的頻率來完成空間電壓矢量的處理來輸出PWM波</p><p>　?。?）對信號的采集和A/D的轉換。它的流程如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4PWM中斷子程序圖</p><

108、;p>　　5.2 CCS集成開發(fā)環(huán)境概述</p><p>　　CCS是一個開發(fā)的和具有強大集成能力的DSP開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境集成代碼編輯、調(diào)試等多種功能為一體，能完成DSP系統(tǒng)開發(fā)過程的各個環(huán)節(jié)，它由先進的開發(fā)工具組成直觀的系統(tǒng)，極大方便了程序的開發(fā)，縮短了DSP的開發(fā)時間,它由C編譯器、模擬器軟件和調(diào)試軟件及插件組成。使用DSP后，能增強對代碼執(zhí)行效率的監(jiān)控。CCS集成開發(fā)環(huán)境是將代碼調(diào)試和生成工具合二

109、為一的一個開發(fā)環(huán)境。下圖為CCS集成開發(fā)環(huán)境的界面如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5CCS集成開發(fā)環(huán)境</p><p>　　要想在CCS3.3開發(fā)環(huán)境用C語言實現(xiàn)程序設計，必須有庫函數(shù)文件（RTSXX.LIB、qmath.lib）、頭文件(f2407_c.h、svpwm.h)、命令文件(LF2407.CMD0）、中斷向量文件VECTORS.ASM)及源程序文件(z_main.c