基于TMS320LF2407A 和AT89S52 三相異步電機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設計

摘 要: 針對某裝備中三相交流異步電機調(diào)速的要求， 以TMS320LF2407A 和AT89S52 為核心采用磁場定向控制策略設計了一電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)， 給出了硬件原理框圖、關(guān)鍵器件、設計思想和程序流程圖。實驗結(jié)果表明， 該控制系統(tǒng)具有動態(tài)響應快， 控制精度高， 實時顯示， 數(shù)據(jù)存儲， 抗干擾強等優(yōu)點。

0 引 言

三相交流異步電機以其結(jié)構(gòu)簡單， 體積小， 重量輕，價格低， 維修方便等優(yōu)點， 廣泛應用于武器裝備、給料系統(tǒng)、數(shù)控機床、柔性制造技術(shù)、各種自動化設備等領(lǐng)域，其轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接決定了設備性能的發(fā)揮。隨著高性能微處理器及新型電力電子器件的出現(xiàn)，使得應用全控型電力電子器件和空間矢量( SVPWM)控制技術(shù)進行變頻調(diào)速的方式已成為交流電機調(diào)速控制的主流。

相對于其他微處理器， DSP 具有運算速度快， 可以自己產(chǎn)生有死區(qū)時間的PWM 輸出， 可以實現(xiàn)諸如模糊控制等復雜的算法， 外圍硬件少等優(yōu)點， 因而廣泛用于電機的數(shù)字控制。本文以TMS320LF2407A DSP 芯片和AT89S52 單片機為核心， 設計了針對三相交流異步電機的全數(shù)字調(diào)速控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明， 該系統(tǒng)具有實時顯示， 數(shù)據(jù)存儲， 動態(tài)響應快， 控制精度高， 抗干擾性強等優(yōu)點。

1 TMS320LF2407A簡介

TMS320LF2407A 主要包括算術(shù)邏輯運算單元( CALU) 、寄存器集、輔助算術(shù)邏輯單元( ARAU) 、乘法器、乘法移位器、累加器、加法移位器、時鐘鎖相環(huán)電路、兩個完全等同的事件管理器A， B( 包括通用定時器、比較單元、捕獲/ 正交編碼器脈沖電路) 、內(nèi)部A/ D 轉(zhuǎn)換器、雙串口、看門狗、CAN 總線電路單元等。

TMS320LF2407A 采用先進的哈佛結(jié)構(gòu)， 流水線作業(yè)， 在30 MHz 內(nèi)部時鐘頻率下， 指令周期僅為33 ns。

其內(nèi)部存儲器包含2 類RAM 塊。一類為DRAM， 另一類為SRAM。對DRAM 而言又劃分為3 個RAM塊， 即B0， B1， B2， 容量依次為256 字， 256 字， 32 字。這些RAM 全部允許在一個指令周期內(nèi)訪問兩次， 因此在數(shù)據(jù)處理能力上有顯著的增加。同時， B0 塊還可以通過程序動態(tài)地配置為數(shù)據(jù)存儲器區(qū)或程序存儲器區(qū)。

若配置為程序區(qū)可在上電時把浮點算法子程序或者數(shù)據(jù)表從外部慢速EPROM 裝入此區(qū)域， 從而緩解高速處理器與慢速外設之間的矛盾， 這對提高控制系統(tǒng)的動態(tài)性能有很大幫助。TMS320LF2407A 內(nèi)部含有內(nèi)嵌采樣保持的10 位精度、高速A/ D 轉(zhuǎn)換器， 轉(zhuǎn)換時間最短為500 ns ( 采樣保持+ 轉(zhuǎn)換時間) 。除此之外TMS320LF2407A 還有豐富的、功能強大的中斷系統(tǒng)以及常用的I/ O 接口， 這些都使設計調(diào)速控制系統(tǒng)時的硬件電路得到簡化。

2 系統(tǒng)硬件設計

基于T MS320LF2407A 三相交流異步電機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。

系統(tǒng)硬件框圖

圖1 系統(tǒng)硬件框圖。

系統(tǒng)主電路采用交直交電壓型變頻器， 功率器件采用智能功率模塊IPM。該模塊包含了6 個IGBT 和6 個與IGBT 反并聯(lián)的續(xù)流二極管?？刂齐娐凡糠钟葾T 89S52 單片機控制單元、TMS320LF2407A 控制器單元、電流檢測電路、電壓檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、過流保護電路、液晶顯示電路和鍵盤輸入接口電路等模塊組成。