異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

摘要 普通的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)片上資源少、處理速度慢，難以實(shí)現(xiàn)較大信號(hào)實(shí)時(shí)處理的需求，已不能滿足高性能的交流調(diào)速控制策略和先進(jìn)的控制算法，在異步電動(dòng)機(jī)中的運(yùn)用。研究開(kāi)發(fā)基于DSP TMS320F2812與CPLD為控制核心的異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用該平臺(tái)可快速完成電機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。介紹了該開(kāi)發(fā)平臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展功能、靈活性及應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞 TMS320F2812；EPM57OZM144C7N；異步電動(dòng)機(jī)；開(kāi)發(fā)平臺(tái)

隨著電力電子技術(shù)、電機(jī)控制理論和微控制器的不斷發(fā)展，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，高性能的調(diào)速控制策略和現(xiàn)代控制理論已逐步應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，普通運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已不能滿足高性能調(diào)速控制要求，建立以DSP+CPLD為控制核心的異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)于研究高性能運(yùn)動(dòng)控制策略具有重要意義。它不僅可以減小系統(tǒng)體積，而且可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制、提高系統(tǒng)運(yùn)算能力，此開(kāi)發(fā)平臺(tái)可方便用戶快速完成電機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)硬件總體設(shè)計(jì)
1．1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)及特點(diǎn)
該開(kāi)發(fā)平臺(tái)以三相異步電動(dòng)機(jī)作為被控對(duì)象，以控制器TMS320F2812與復(fù)雜可編程邏輯器CPLD作為控制核心，主電路為典型的三相交-直-交電壓源型逆變電路，二極管構(gòu)成了三相橋式整流電路，濾波后獲得直流電壓，由智能功率模塊(IPM)作為逆變器的主開(kāi)關(guān)器件，輸出一定頻率和電壓的三相交流電給異步電動(dòng)機(jī)供電。
DSP有豐富的片上資源和高效的數(shù)據(jù)處理能力，運(yùn)行速度較快，因此對(duì)外圍部件快速配合要求也高。如果外圍部件采用專門的電路控制，不僅可以對(duì)DSP進(jìn)行更多功能的擴(kuò)展，而且可以減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)控制精度。
復(fù)雜可編程邏輯器件有豐富的邏輯資源，更適合完成各種算法和組合邏輯。具有I／O口多、設(shè)計(jì)靈活、規(guī)模大和速度快、邏輯處理能力強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，若用其單獨(dú)構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)且成本昂貴。Altera公司的MAX IIZ CPLD具有多種關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。在單個(gè)器件中實(shí)現(xiàn)了高級(jí)功能和零功耗。在高級(jí)系統(tǒng)特性上都超出了傳統(tǒng)宏單元CPLD，這些特性包括用戶閃存、內(nèi)部振蕩器、成本優(yōu)化、更大的密度、更小的封裝以及更低的功耗等。基于上述原因，并考慮系統(tǒng)后續(xù)開(kāi)發(fā)的通用性和各種不同控制方案的實(shí)現(xiàn)，控制電路以DSP+CPLD作為控制核心，采用
TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)各種復(fù)雜控制算，CPLD實(shí)現(xiàn)外圍電路的邏輯控制。不僅滿足了系統(tǒng)控制的高性能要求，而且減輕了DSP處理負(fù)擔(dān)，使得DSP可以集中處理系統(tǒng)控制算法，簡(jiǎn)化了邏輯電路，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。
基于TMS320F2812+CPLD的異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)硬件原理，如圖1所示。

與普通控制系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)有如下特點(diǎn)：
(1)DSP與CPLD協(xié)調(diào)控制，可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高性能調(diào)速控制。
(2)DSP、復(fù)雜可編程邏輯器件構(gòu)成的電機(jī)控制系統(tǒng)有著更智能化的發(fā)展。
(3)該控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)控制方案靈活，可編程性強(qiáng)，預(yù)留端口豐富，便于擴(kuò)展，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制，也可以達(dá)到對(duì)其他高性能電機(jī)的控制，系統(tǒng)升級(jí)容易，維護(hù)性好。
(4)利用該控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高開(kāi)發(fā)效率，并可以在短時(shí)間內(nèi)完成電機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。
(5)該控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)控制電路開(kāi)關(guān)量形式的輸出信號(hào)均通過(guò)光耦隔離與系統(tǒng)主電路接口，保證了強(qiáng)弱電的隔離，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能夠滿足電機(jī)控制領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)高可靠性的要求。