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4基于TMS320F2812的直接转矩控制系统

由于DSP的优越性能，它可被用于数字化控制中，现介绍一个基于TMS320F2812 DSP的直接转矩控制系统，其方框图[3>如图3所示。

图3基于DSP的直接转矩控制系统原理图

4.1系统组成及其控制原理

系统主要由交流电源、整流滤波电路、逆变模块IPM、交流异步电动机M、TMS320F2812DSP芯片、电压电流检测电路、PWM脉冲及光耦电路、光电编码器、键盘显示及上位机组成。

DSP接收到PC上位机发出的输入信号后，将其转换为PWM输出，经过PWM脉冲电路驱动放大后送给逆变器，逆变器的输出信号接到三相异步电机的定子绕组。从DSP输出的PWM脉冲可以控制逆变IPM模块电路的开关状态，而逆变器开关状态的改变，可在电机定子上形成旋转的电压空间矢量。通过工作电压空间矢量和零矢量的交替选择，可以控制定子磁链的走走停停，这样磁通角（定子磁链和转子磁链的夹角）的大小也相应地随之改变，从而达到直接控制电动机转矩的目的。光电编码器检测电机的转动方向及转角，其输出信号反馈回DSP的正交编码脉冲电路（QEP），形成闭环控制，实时有效地控制电动机。

4.2系统核心—TMS320F2812 DSP控制器

整个系统以TMS320F2812为核心，所有复杂的控制算法及控制策略都是通过TMS320F2812控制器来实现的。从图3知，该系统涉及到DSP的大部分集成外设，如：事件管理器EV、串行通讯接口SCI、串行外设接口SPI、模数转换器ADC、PWM发生模块以及JTAG仿真接口等。下面简单介绍各模块的功能。

（1）事件管理器EV

它是一个专门为控制系统（运动控制和电机控制）设计的模块，包括通用定时器（GP）、全比较单元、捕获单元和正交编码脉冲电路（QEP）等四个基本单元。在该系统中，利用正交编码脉冲电路（QEP）对引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2（EVA）或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4（EVB）上的正交编码脉冲进行解码和计数，直接处理光电编码盘的正交编码脉冲，通过检测2路信号的相位关系可以判断电机的位置和速度信息。此外，事件管理器内部有PWM发生电路，可产生PWM波形，用于控制逆变器开关的通断时间。

（2）串行通讯接口SCI

TMS320F2812设有双通道异步串行外设通信口（包括SCIA和SCIB，24x系列中只有一个SCI），在该系统中它与RS-232或者RS-485等标准接口相接，用于DSP的CPU与PC上位机之间的数字通信。支持半双工、全双工等通信模式。

（3）串行外设接口SPI

SPI是一个高速同步串行I/O口，在该系统中SPI连接DSP控制器和显示器，用于DSP和外部外设之间的数据通信。典型应用还包括作为外部I/O或用于对外设（ADC、显示驱动器等）进行扩展。

（4）模数转换器ADC

ADC模块是一个带采样/保持电路的12位模数转换器，具有自动排序能力，一次最多可执行16个通道的自动转换。它的转换速度很快，在25MHz的ADC时钟时，执行一次转换操作时间为80ns[4>，比F2407快得多。该系统采用一个电压传感器和两个电流传感器，通过检测逆变器前端的母线电压Udc，经ADC采样后可根据当前的开关状态计算逆变器输出电压的usα和usβ分量；同时，电机的两相电流由电流传感器检测后也经ADC模块采样，再经过3/2变换，可求出电流分量isα和isβ，最后根据有关公式可算出磁链和转矩的大小。

（5）JTAG仿真接口

用于系统的在线仿真和测试。

4.3逆变模块IPM

为了提高逆变电路的可靠性，系统采用日本三菱的IPM智能模块，型号为PM25RSB120，其内部有7只IGBT，除用于三相桥臂外，另外一只可做泵升电压的旁路开关。IPM不仅将功率器件IGBT和驱动电路集成在一起，而且对过流、过压、过热以及控制电压欠压等故障具有自动保护的功能，是一种故障率低、又可使装置小型化和轻量化的功率器件，还可以大大降低输出电压低次谐波的含量。当检测信号之一不正常时，DSP迅速将PWM输出端设为高阻，封锁脉冲输出，从而进行有效保护。

为避免DSP工作不正常时IPM的上下桥臂“直通”现象，在每对PWM信号先加互锁电路，然后到隔离驱动和电平转换再送IPM的控制端，如图4所示[5>.

图4 IPM门极互锁驱动电路

IPM采用四组独立的15V驱动电源供电，光耦用快速6N137，以保证隔离信号响应快，输出信号好。系统中的其它模块在此不作介绍。

关键词： DSP 直接转矩控制 TMS320F2812 DTC 逆变器