高性能DSP在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論的高速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)得到了長足的發(fā)展，在高性能的交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了矢量控制（VC）和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）兩種控制思想。其中DTC技術(shù)摒棄了VC中的需要解耦的控制思想，它具有簡單的控制結(jié)構(gòu)、良好的動(dòng)靜態(tài)性能和快速的響應(yīng)速度等特點(diǎn)，它一誕生就得到了廣泛關(guān)注，目前已成為研究的熱點(diǎn)問題。本文將介紹基于TMS320F2812 DSP芯片的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。

2直接轉(zhuǎn)矩控制原理結(jié)構(gòu)

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本原理圖如圖1所示。

圖1直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理圖

在圖1中，逆變器有三個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上存在互鎖的兩個(gè)開關(guān)Si、（i＝1，2，3），通過控制Si的開關(guān)狀態(tài)如圖1（a）所示，可以得到8個(gè)電壓空間矢量Us（加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上），其中6個(gè)為工作電壓空間矢量，它們等幅且兩兩相隔60°，連接這6個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)可構(gòu)成一個(gè)正六邊形，另外的兩個(gè)為零矢量，位于六邊形的中心，如圖1（b）所示。通過正確的開關(guān)的通斷，可順序形成不斷旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量，從而在異步電動(dòng)機(jī)氣隙形成旋轉(zhuǎn)的磁鏈，而通過零矢量的恰當(dāng)選擇可以控制磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度。定子磁鏈Ψμ、轉(zhuǎn)子磁鏈Ψγ以及轉(zhuǎn)矩之間Td存在關(guān)系：，θ為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，即磁通角，Lσ為轉(zhuǎn)子漏感。在實(shí)際的運(yùn)行中，為充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心，保持定子磁鏈幅值為額定值，而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載的大小決定，要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過改變磁通角θ的大小來實(shí)現(xiàn)。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中，其基本控制方法就是通過電壓空間矢量Us來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)，控制定子磁鏈的走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變磁通角θ的大小，以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的[1>.

3高性能DSP TMS320F2812芯片

在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，DSP芯片是控制器的核心，所有復(fù)雜的控制算法和控制策略都通過它來實(shí)現(xiàn)。TMS320F2812是Texas公司C28TM系列中最新成員，其高速的運(yùn)算能力、強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力和高度集成化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得它在控制領(lǐng)域內(nèi)得到了人們的青睞。下面介紹TMS320F2812主要特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)框圖[2>如圖2所示。

圖2 TMS320F2812功能圖

TMS320F2812的CPU是基于C28xTM的32位定點(diǎn)內(nèi)核，主頻達(dá)150MHz.TMS320F2812芯片具有高度集成的結(jié)構(gòu)，在片內(nèi)集成大量的外設(shè)（如圖2所示），這些外設(shè)包括：事件管理器EVA/EVB、16通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、看門狗定時(shí)器Watchdog、通用輸入輸出引腳GPIO、多通道緩沖串行外設(shè)McBSP、改進(jìn)CAN總線接口、雙通道串行通信接口SCIA/SCIB、串行外設(shè)接口SPI等。與C28xTM DSP以前的芯片相比，TMS320F2812有自己的特點(diǎn)：（1）它是C2000系列中第一代32位的定點(diǎn)DSP芯片（C24xTM為16位DSP芯片）；（2）芯片內(nèi)部有3個(gè)32位定時(shí)器；（3）具有12位的ADC（以前的為10位）和雙通道SCIA/SCIB；（4）有多通道緩沖串行外設(shè)McBSP；（5）采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和八級(jí)流水線作業(yè)；（6）存儲(chǔ)空間大大擴(kuò)展，其片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：128K字×16位的Flash存儲(chǔ)器、128K字×16位的ROM、1K字×16位的OPT ROM、一塊1K字×16的SARAM、L0和L1上各有8K字×16位的SARAM、M0和M1上各8K字×16的SARAM；（7）可以執(zhí)行32×32位的二進(jìn)制補(bǔ)碼乘法操作，并產(chǎn)生64位的結(jié)果；（8）它是C2000系列性能最高的芯片，處理速度達(dá)150MIPS，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)，能應(yīng)用于很多復(fù)雜的控制算法如無速度傳感器的定向控制、運(yùn)動(dòng)輪廓的識(shí)別和功率因數(shù)的校正等，并且其代碼與以前各個(gè)型號(hào)的DSP兼容，它也是目前處理C/C++代碼效率最高的DSP芯片（就C2000系列而言）。由于這些特點(diǎn)，TMS320F2812DSP有著廣泛的應(yīng)用空間。