隨著dsp和功率器件的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已成為科技發(fā)展的主要?jiǎng)恿�。隨著帶有實(shí)時(shí)信號(hào)處理器的電機(jī)控制專(zhuān)用器件和高集成度的智能功率模塊(ipm)的引入，使得變頻器供電的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。由于功率變換器能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)電壓、電流幅值和頻率，所以這種控制系統(tǒng)可獲得最佳性能。

　　傳統(tǒng)的恒壓頻比控制是感應(yīng)電機(jī)最基本的常用控制方式之一，但這種方式是從電機(jī)的機(jī)械特性出發(fā)分析電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和特性的，動(dòng)態(tài)效果不理想。而感應(yīng)電機(jī)矢量變換控制可使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能與直流電機(jī)相媲美。矢量變換技術(shù)巧妙實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)磁通，轉(zhuǎn)矩的重構(gòu)和解耦控制，從而使感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)趨于高性能。實(shí)現(xiàn)矢量變換控制需要實(shí)時(shí)完成坐標(biāo)變換、轉(zhuǎn)速控制、電流檢測(cè)、磁鏈估計(jì)、pwm信號(hào)生成及故障檢測(cè)保護(hù)等功能，處理數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性和精度要求高。與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比，dsp具有高集成度，快速的cpu，大容量存儲(chǔ)器，可提供高速同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口，尤其是dsp精簡(jiǎn)的指令系統(tǒng)、獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間等使其具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，因此dsp廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)。

　　本文介紹了tms320f2806的基本結(jié)構(gòu)和性能，給出了感應(yīng)電機(jī)矢量控制(轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制)的硬件設(shè)計(jì)方案、軟件控制算法。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用tms320f2806豐富的外圍元件和較強(qiáng)的運(yùn)算能力，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該矢量控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)調(diào)速性能。

　　2 tms320f2806簡(jiǎn)介

　　tms320f280x系列是美國(guó)德州儀器公司的數(shù)字信號(hào)處理器，該系列處理器是基于tms320c2xx內(nèi)核的定點(diǎn)dsp，是集成度較高、性能較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制系列器件。器件內(nèi)部集成多種先進(jìn)的外設(shè)，為電機(jī)及其他控制應(yīng)用提供良好平臺(tái)。tms320f280x系列內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　tms320f280x系列數(shù)字信號(hào)處理器與先前的tms320f24x系列相比，提高了運(yùn)算精度和系統(tǒng)處理能力；與tms320f281x dsp控制器相比。省去了tms320f281x dsp中的兩個(gè)事件管理器模塊eva和evb，事件管理器模塊的功能由增強(qiáng)型外設(shè)模塊epwm、ecap和eqep取代，使得設(shè)計(jì)人員能有效地解決富有挑戰(zhàn)性的控制問(wèn)題。tms320f280x高速的運(yùn)算能力保證了控制實(shí)時(shí)性，大容量存儲(chǔ)空間無(wú)需擴(kuò)展片外ram就能滿足存儲(chǔ)需求，保證了控制系統(tǒng)的高度可靠性，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)產(chǎn)品。tms320f2806的主要特點(diǎn)如下：

　　采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù)，內(nèi)核與i／o的供電電壓分別為1.8 v和3.3 v，降低了控制器損耗；100 mi／s的執(zhí)行速度使指令周期縮短至10 ns，提高控制器的實(shí)時(shí)控制；

　　片內(nèi)含有高達(dá)32 kb×16的flash程序存儲(chǔ)器、10 kb×16 bit的sram、10 kb×16 bit的otprom以及4 kb ×16 bit的boot rom；

　　12位a／d轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為160 ns，8個(gè)或16個(gè)多路復(fù)用輸入通道，采樣時(shí)間與轉(zhuǎn)換時(shí)間分開(kāi)，提高了采樣率和輸入阻抗。支持自動(dòng)順序采樣，無(wú)需cpu干預(yù)；

　　多達(dá)16路的pwm為高效的馬達(dá)控制(雙電機(jī)控制)提供便利，其中6路為hrpwm(高分辨率脈寬調(diào)制)，時(shí)間步長(zhǎng)精度高達(dá)到150 ps，可控制所有類(lèi)型電機(jī)；

　　ecan總線控制器可為控制器、傳感器、激勵(lì)源以及其他節(jié)點(diǎn)提供良好通訊，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和汽車(chē)等大噪聲和惡劣環(huán)境。

　　3三相感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　基于tms320f2806控制的小功率異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。變頻器系統(tǒng)采用dsp作為運(yùn)算控制單元，功率電路變換單元采用三菱公司的第五代低功耗智能型模塊(ipm) ps21564，采用萊姆公司的霍爾電流傳感器檢測(cè)電機(jī)兩相電流，采用霍爾電壓傳感器檢測(cè)逆變器的母線電壓。三相工頻電源經(jīng)整流橋整流，經(jīng)電容濾波得到直流電壓，送至逆變器ipm模塊的直流輸入端的p端和n端。tms320f2806控制器對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，空間矢量算法產(chǎn)生3個(gè)互差120°的3對(duì)svp-wm脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離后作用于ps21564控制輸入端(up、vp、wp、un、vn和wn)。ps21564的輸出端u、v和w輸出3個(gè)互差120°的高壓svpwm波形以驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，改變其輸出頻率，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)變頻調(diào)速。由于ps21564具有短路、欠壓、過(guò)熱檢測(cè)電路及保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，ps21564鎖存內(nèi)部6只icbt功率管，同時(shí)將故障信號(hào)發(fā)送至tms320f2806的功率保護(hù)中斷引腳；tms320f2806立即鎖存pwm波形的輸出，并向tms320f2806發(fā)送功率保護(hù)中斷請(qǐng)求。

　　4三相感應(yīng)電機(jī)矢量控制軟件設(shè)計(jì)

　　矢量變換控制(簡(jiǎn)稱(chēng)矢量控制)是以電機(jī)物理結(jié)構(gòu)建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)一系列矢量變換(三相-兩相變換(clarke變換)、矢量旋轉(zhuǎn)變換(park變換、park逆變換)，將原來(lái)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型變換成公共坐標(biāo)系統(tǒng)中的等效正交兩相模型(dq模型)，獨(dú)立控制公共