一款基于DSP的三相SPWM變頻電源電路的設(shè)計(jì)

　　A/D采樣子程序

　　主要完成線(xiàn)電流采樣和線(xiàn)電壓采樣。為確保電壓與電流信號(hào)間沒(méi)有相對(duì)相移，本部分利用TMS320F28335片上ADC的同步采樣方式。為提高采樣精度，在A(yíng)/D中斷子程序中采用均值濾波的方法。

　　對(duì)A相電壓和電流A/D的同步采樣部分代碼如下：

　　interrupt void adc_isr(void)

　　{

　　if(counter==0)

　　{

　　receive_a0_data[i++] = AdcRegs.ADCRESULT0>>4;//右移四位

　　receive_b0_data[j++] = AdcRegs.ADCRESULT1>>4;//右移四位

　　}

　　if(counter>=1)

　　{ //對(duì)結(jié)果取平均，平滑濾波

　　receive_a0_data[i++] = (receive_a0_data[i0++]+(AdcRegs.ADCRESULT0>>4))/2;

　　receive_b0_data[j++] = (receive_b0_data[j0++]+(AdcRegs.ADCRESULT1>>4))/2;

　　}

　　if(i==512) {i=0;i0=0;}

　　if(j==512) {j=0;j0=0;counter++;}

　　AdcRegs.ADCTRL2.bit.RST_SEQ1 =1;//復(fù)位排序器

　　AdcRegs.ADCST.bit.INT_SEQ1_CLR = 1;//清中斷標(biāo)志位

　　PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;//開(kāi)中斷應(yīng)答

　　}

　　數(shù)據(jù)處理算法

　　本系統(tǒng)主要用到以下算法：(1)SVPWM算法(2)PID調(diào)節(jié)算法(3)頻率檢測(cè)算法

　　SVPWM算法

　　變頻電源的核心就是SVPWM波的產(chǎn)生，SPWM波是以正弦波作為基準(zhǔn)波(調(diào)制波)，用一列等幅的三角波(載波)與基準(zhǔn)正弦波相比較產(chǎn)生PWM波的控制方式。當(dāng)基準(zhǔn)正弦波高于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通;當(dāng)基準(zhǔn)正弦波低于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件截止。由此，逆變器的輸出電壓波形為脈沖列，其特點(diǎn)是：半個(gè)周期中各脈沖等距等幅不等寬，總是中間寬，兩邊窄，各脈沖面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經(jīng)過(guò)低通濾波后可得到與調(diào)制波同頻率的正弦波，正弦波幅值和頻率由調(diào)制波的幅值和頻率決定。

　　圖7不規(guī)則采樣法生成SPWM波原理圖

　　本文采用不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法，即在三角波的頂點(diǎn)位置與低點(diǎn)位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，它形成的階梯波更接近正弦波。不規(guī)則采樣法生成SPWM波原理如圖7所示。圖中，Tc是載波周期，M是調(diào)制度，N為載波比，Ton為導(dǎo)通時(shí)間。

　　由圖7得：

　　當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)代表頂點(diǎn)采樣，k為奇數(shù)時(shí)代表底點(diǎn)采樣。

　　SVPWM算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

　　利用F28335內(nèi)部的事件管理器模塊的3個(gè)全比較單元、通用定時(shí)器1、死區(qū)發(fā)生單元及輸出邏輯可以很方便地生成三相六路SPWM波形。實(shí)際應(yīng)用時(shí)在程序的初始化部分建立一個(gè)正弦表，設(shè)置通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式為連續(xù)增計(jì)數(shù)方式，在中斷程序中調(diào)用表中的值即可產(chǎn)生相應(yīng)的按正弦規(guī)律變化的SPWM波。SPWM波的頻率由定時(shí)時(shí)間與正弦表的點(diǎn)數(shù)決定。

　　SVPWM算法的部分代碼如下：

　　void InitEv(void)

　　{

　　EALLOW;

　　GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00FF;

　　EDIS;

　　EvaRegs.EVAIFRA.all = 0xFFFF;//清除中斷標(biāo)志

　　EvaRegs.T1PR= 2500;//定時(shí)器1周期值;定時(shí)0.4us*2500=1ms

　　EvaRegs.T1CMPR = XPWM;//比較值初始化

　　EvaRegs.T1CNT = 0;EvaRegs.T1CON.all = 0xF54E;//增模式;TPS系數(shù)80M/32=2.5M;T1使能;

　　EvaRegs.ACTR.all = 0x0006; //PWM1，2低有效

　　EvaRegs.DBTCONA.all = 0x0534; //使能死區(qū)定時(shí)器1，分頻80M/32=2.5M，死區(qū)時(shí)

　　//間5*0.4us=2us

　　EvaRegs.COMCONA.all = 0xA600; //比較控制寄存器

　　EvaRegs.EVAIMRA.all = 0x0080;

　　}

　　PID調(diào)節(jié)算法

　　在實(shí)際控制中很多不穩(wěn)定因素易造成增量較大，進(jìn)而造成輸出波形的不穩(wěn)定性，因此必須采用增量式PID算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。PID算法數(shù)學(xué)表達(dá)式為

　　Upresat(t)= Up(t)+ Ui(t)+ Ud(t)

　　其中，Up(t)是比例調(diào)節(jié)部分，Ui(t)是積分調(diào)節(jié)部分，Ud(t)是微分調(diào)節(jié)部分。

　　本文通過(guò)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換采集來(lái)的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)輸出的SPWM波進(jìn)行脈沖寬度的調(diào)整，使系統(tǒng)輸出的電壓保持穩(wěn)定。

　　PID調(diào)節(jié)算法的部分代碼如下：

　　float PIDCalc( PID *pp， int NextPoint )

　　{

　　int dError，Error;

　　Error=pp->SetPoint*10-NextPoint; //偏差

　　pp->SumError+= Error; //積分

　　dError=pp->LastError-pp->PrevError; //當(dāng)前微分

　　pp->PrevError = pp->LastError;

　　pp->LastError = Error;

　　return

　　((pp->Proportion) * Error //比例項(xiàng)

　　+ (pp->Integral) * (pp->SumError) //積分項(xiàng)

　　+ (pp->Derivative) * dError); //微分項(xiàng)

　　}

　　頻率檢測(cè)算法

　　頻率檢測(cè)算法用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)輸出電壓的頻率。用TMS320F28335片上事件管理器模塊的捕獲單元捕捉被測(cè)信號(hào)的有效電平跳變沿，并通過(guò)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器記錄一個(gè)周波內(nèi)標(biāo)頻脈沖個(gè)數(shù)，最終進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算后得到被測(cè)信號(hào)頻率。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　測(cè)量波形

　　在完成上述硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文采用特定的PWM控制策略，使逆變器拖動(dòng)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行了短路、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)，證明采用逆變器性能穩(wěn)定，能可靠地實(shí)現(xiàn)過(guò)流和短路保護(hù)。圖8是電機(jī)在空載條件下，用數(shù)字示波器記錄的穩(wěn)態(tài)電壓波形。幅度為35V，頻率為60Hz.

　　圖8輸出線(xiàn)電壓波形

　　測(cè)試數(shù)據(jù)

　　在不同頻率及不同線(xiàn)電壓情況下的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

　　表1不同輸出頻率及不同線(xiàn)電壓情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　結(jié)果分析

　　由示波器觀(guān)察到的線(xiàn)電壓波形可以看出，波形接近正弦波，基本無(wú)失真;由表中數(shù)據(jù)可以看出，不同頻率下，輸出線(xiàn)電壓最大的絕對(duì)誤差只有0.6V，相對(duì)誤差為1.7%.

　　結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的三相正弦波變頻電源，由于采用了不對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣算法和PID算法使輸出的線(xiàn)電壓波形基本為正弦波，其絕對(duì)誤差小于1.7%;同時(shí)具有故障保護(hù)功能，可以自動(dòng)切斷輸入交流電源。因此本系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單、抗干擾性能好、控制效果佳等優(yōu)點(diǎn)，便于工程應(yīng)用，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。