基于dsp控制的ipm數(shù)字化電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
李長(zhǎng)詩，王素梅
（鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，鄭州450002）
摘要：文章以基于tms320lf2812 dsp的電機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)為應(yīng)用平臺(tái)，闡述了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其外圍電路硬件設(shè)計(jì)。詳細(xì)給出了整流逆變，功率驅(qū)動(dòng)，過壓欠壓保護(hù)，光耦隔離等電路設(shè)計(jì)，并針對(duì)數(shù)字化控制給出了特定dsp芯片所需的內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換電路。實(shí)驗(yàn)及仿真結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：整流濾波；ipm智能模塊；dsp
中圖分類號(hào)：tm271+ 82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)04-0042-03
0引 言
在提高工作效率，減少資源污染與浪費(fèi)，提高電機(jī)各種運(yùn)行性能的要求下，電機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)已經(jīng)是本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
本文以公司tms320f2000系列dsp的三相電機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)研究這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為應(yīng)用平臺(tái)，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)電源部分電路設(shè)計(jì)，主要包括整流、dip - ipm逆變、過壓欠壓保護(hù)電路、光耦隔離、輔助電源轉(zhuǎn)換電路等，其優(yōu)越性體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)電壓值多路輸出的同時(shí)，又可以使元件穩(wěn)定可靠地工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用結(jié)果表明該電路具有良好的性能和很高的應(yīng)用價(jià)值。該控制系統(tǒng)選用功率為0.75 kw，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min的y型交流電機(jī)。文中所用元器件參數(shù)及各種模塊的選取均是根據(jù)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)而定！
1 系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)框圖
電機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)的控制部分以dsp為核心，另外還要電源處理模塊、ipm驅(qū)動(dòng)隔離控制模塊、脈沖形成、轉(zhuǎn)速位置檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊等電路。電源部分的主電路采用交一直一交電壓型變頻電路，其中包括橋式整流、濾波電容和智能功率模塊ipm。總體結(jié)構(gòu)原理圖如圖l所示，其工作原理是：dsp接受采樣電流和電壓信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，運(yùn)用控制算法，得到pwm控制信號(hào)，經(jīng)光耦隔離電路后，驅(qū)動(dòng)ipm開關(guān)器侔。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過流、過壓、欠壓、過熱等故障時(shí)，dsp將封鎖pwm輸出信號(hào)，關(guān)斷ipm的輸出，并通過指示燈顯示。
2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路
2.1整流電路
系統(tǒng)電源分為控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，控制部分需要+5 v，±15 v三路電源，其中+5 v給芯片及霍爾電流傳感器供電，±15 v給運(yùn)放及外部保護(hù)電路供電；驅(qū)動(dòng)部分需要+5 v，+15 v，+200 v三路電源，其中+5 v給光耦供電，+15 v給ipm供電，+200 v為母線電壓。
如圖2所示，為了獲得一個(gè)直流電壓，市電電源經(jīng)過壓敏電阻兄，和扼流線圈t2，經(jīng)過一個(gè)單相二極管橋式穩(wěn)壓流器。整流電壓波形的濾波采用電解電容濾波器濾波，其電容量大小決定了整流電壓的平均值和輸出紋波電壓的大小，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)得到提高且不隨輸出電壓變化。因?yàn)橹绷麟娫匆３忠粋�(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，則電容器c12要選擇至少十倍于壓電驅(qū)動(dòng)器的電容值。c7主要起高頻旁路作用，減小電解電容高頻損耗和整流電路承受的尖峰電壓。壓敏電阻實(shí)質(zhì)是滑變電阻，當(dāng)輸入電壓過高時(shí)，其自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻端電壓值，起到保護(hù)作用，扼流線圈的作用是抑制浪涌電流，提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出。
2.2逆變及功率驅(qū)動(dòng)
2. 2.1功率驅(qū)動(dòng)模塊硬件電路
逆變電路是該電源部分的關(guān)鍵電路，其功能是實(shí)現(xiàn)dc/ac的功率變換[4]；因?yàn)榇讼到y(tǒng)是速度位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，光電編碼器檢洌到的位置速度信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換輸入給dsp，dsp根據(jù)電壓波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)pwm脈沖，進(jìn)而調(diào)節(jié)電壓輸出。此過程動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，與傳統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行相比則具有很好的節(jié)能效果。
ipm出現(xiàn)過流、過溫、短路故障時(shí)將輸出報(bào)警信號(hào)，將此信號(hào)輸入到dsp的pdpint引腳，當(dāng)有任何故障狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，pdpint引腳被拉為低電平，此時(shí)dsp內(nèi)定時(shí)器立即停止計(jì)數(shù)，所有pwm輸出引腳全部呈高阻狀態(tài)，及時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)，通知d |
