基于TMS320LF2407A 和AT89S52 三相異步電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要: 針對某裝備中三相交流異步電機(jī)調(diào)速的要求， 以TMS320LF2407A 和AT89S52 為核心采用磁場定向控制策略設(shè)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(shè)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(yīng)快， 控制精度高， 實時顯示， 數(shù)據(jù)存儲， 抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

0 引 言

三相交流異步電機(jī)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(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于武器裝備、給料系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、柔性制造技術(shù)、各種自動化設(shè)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(shè)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(yīng)用全控型電力電子器件和空間矢量( SVPWM)控制技術(shù)進(jìn)行變頻調(diào)速的方式已成為交流電機(jī)調(diào)速控制的主流。

相對于其他微處理器， DSP 具有運(yùn)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(fù)雜的算法， 外圍硬件少等優(yōu)點(diǎn)， 因而廣泛用于電機(jī)的數(shù)字控制。本文以TMS320LF2407A DSP 芯片和AT89S52 單片機(jī)為核心， 設(shè)計了針對三相交流異步電機(jī)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(yīng)快， 控制精度高， 抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 TMS320LF2407A簡介

TMS320LF2407A 主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(shè)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(qiáng)大的中斷系統(tǒng)以及常用的I/ O 接口， 這些都使設(shè)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(shè)計

基于T MS320LF2407A 三相交流異步電機(jī)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。控制電路部分由AT 89S52 單片機(jī)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(hù)電路、液晶顯示電路和鍵盤輸入接口電路等模塊組成。