基于DSP+CPLD的異步電動機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺設(shè)計

1OUT=（1+R1／R2），2OUT=3.3 V。式中，VREF=1.183 4 V。選取適當(dāng)R1和R2的電阻值，就可得到可調(diào)電壓。

（2）存儲器模塊。

在系統(tǒng)開發(fā)平臺上完成各種控制策略以及各種算法的數(shù)據(jù)處理中，會產(chǎn)生很多臨時數(shù)據(jù)，如果僅由DSP片內(nèi)RAM承擔(dān)，會加重DSP的負(fù)擔(dān)，使得系統(tǒng)控制精度降低，限制系統(tǒng)的完整運(yùn)行。為滿足數(shù)據(jù)存儲需要，擴(kuò)展一片型號為IS61LV516的SARAM，通過CPLD地址譯碼產(chǎn)生的片選信號，可以指定其作為程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器。

（3）CPLD模塊。

CPLD在該開發(fā)平臺中起邏輯控制作用?？梢赃M(jìn)行：1）QEP信號處理，輸入為速度位置傳感器提供的速度位置信號、DSP給出PWM脈寬調(diào)制信號，輸出為各IGBT驅(qū)動模塊的控制信號，經(jīng)光耦隔離電路進(jìn)入IPM。正交編碼器檢測到的電動機(jī)位置轉(zhuǎn)速信號送至DSP，經(jīng)過其內(nèi)部QEP電路得到電動機(jī)的速度和方向，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋控制和PWM控制信號輸出，從而達(dá)到轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。2）地址譯碼，對DSP輸出的地址信號進(jìn)行地址譯碼，實(shí)現(xiàn)對F2812外圍擴(kuò)展芯片片選功能，選通相應(yīng)的外圍芯片映射至F2812內(nèi)存中。3）DSP的I／O擴(kuò)展，如果系統(tǒng)同時控制多臺電機(jī)，DSP自身I／O引腳就不能滿足要求，需要通過CPLD擴(kuò)展。CPLD對另外電機(jī)的正交編碼信號進(jìn)行處理，完成正交信號的倍頻、脈沖計數(shù)，同時輸出計數(shù)結(jié)果，作為電機(jī)速度、位置判斷依據(jù)。

（4）顯示模塊。

為了保障系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，通過DSP與CPLD的配合，設(shè)計了與LCD液晶顯示接口電路，控制LCD顯示以及LED指示燈的顯示，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的人機(jī)接口，使得系統(tǒng)具有良好的人機(jī)操作界面。液晶模塊選用長沙太陽人電子有限公司的SMG12864ZK標(biāo)準(zhǔn)中文字符及圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示128×64點(diǎn)陣或8個×4行漢字，DSP與LCD之間的接口電路如圖3所示。

圖3 DSP與LCD之間的接口電路

液晶的復(fù)位信號／RST和片選信號RS由DSP控制信號經(jīng)過CPLD譯碼后產(chǎn)生，數(shù)據(jù)線。DB[0]～DB[7]由TMS320F2812的數(shù)據(jù)線DATA[0]～DATA[7]經(jīng)過CPLD的雙向總線驅(qū)動得到，其它同名信號對應(yīng)相連。

（5）保護(hù)模塊。

保護(hù)模塊主要是在系統(tǒng)上電／掉電或出現(xiàn)故障的情況下，及時提供封鎖信號，保證系統(tǒng)安全可靠地工作。該開發(fā)平臺保護(hù)電路具有母線過壓保護(hù)、過流保護(hù)、電機(jī)過熱、IPM故障信號處理功能。系統(tǒng)的保護(hù)信號也可以融入到CPLD邏輯中，當(dāng)故障發(fā)生時，可以實(shí)時快速切斷CPLD的PWM輸出。

同時，為了使該硬件系統(tǒng)應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展，設(shè)計了除異步電動機(jī)外不同電機(jī)以及不同控制策略可能用到的信號采集電路，以及不同位置反饋器件所用到的接口電路。

2 開發(fā)平臺軟件件總體設(shè)計方案

開發(fā)平臺的軟件開發(fā)和調(diào)試在TI公司DSP集成開發(fā)環(huán)境CCSC2000下進(jìn)行。用C語言進(jìn)行整個控制系統(tǒng)的軟件編程。模塊化的設(shè)計方法，使得編程和使用都方便靈活。利用本控制系統(tǒng)開發(fā)平臺，通過軟件編程，可以方便地實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等控制算法。

CPLD的開發(fā)工具為Max PlusII軟件，VHDL語言編程，根據(jù)指定的引腳配置自動生成熔絲文件后，對CPLD器件下載編程。程序內(nèi)各模塊按嚴(yán)格時序工作，同時各模塊又并行工作，完成不同的動作。

系統(tǒng)控制程序分為兩部分，即主程序和中斷服務(wù)子程序。主程序完成初始化后進(jìn)入循環(huán)。中斷服序程序主要完成系統(tǒng)各種控制策略，包括電機(jī)定子電流和電壓采樣，完成電流、電壓的A／D轉(zhuǎn)換。利用正交編碼單元處理速度反饋信號。根據(jù)各種控制算法輸出PWM信號對電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

3 結(jié)束語

DSP結(jié)合CPLD構(gòu)建的電機(jī)開發(fā)平臺，適合異步電動機(jī)控制算法的實(shí)現(xiàn)，以DSP作為主控制器，CPLD輔助功能擴(kuò)展，使得整個控制系統(tǒng)開發(fā)平臺具有較強(qiáng)的擴(kuò)展功能和較高的靈活性，不僅節(jié)約了成本，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，而且提高了開發(fā)性能。