基于DSP的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案解析
資料介紹
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)SRM(Switched Reluctance Motor)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,效率高及成本低等突出優(yōu)點(diǎn)。 本文選用Motorola公司開(kāi)發(fā)的專門用于電機(jī)控制的16 位定點(diǎn)DSP芯片DSP56F805設(shè)計(jì)了三相(6/4)SRM雙閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該芯片指令執(zhí)行速度快,資源豐富,為高性能的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制提供了可靠的信息處理與控制。
1.SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的描述
SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由SRM、控制器、功率變換器、位置檢測(cè)裝置和電流檢測(cè)裝置等組成。本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用速度電流雙閉環(huán)的控制方式,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
位置檢測(cè)裝置對(duì)SRM的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè),為任意時(shí)刻轉(zhuǎn)子的速度計(jì)算和換相邏輯控制提供依據(jù)。電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)電機(jī)的相電流,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)相電流的控制??刂破饕獙?shí)現(xiàn)的功能有:根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信息完成轉(zhuǎn)子速度計(jì)算及確定導(dǎo)通相;根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差,利用速度調(diào)節(jié)器完成速度環(huán)的控制;根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的參考電流數(shù)值與反饋相電流數(shù)值的偏差,通過(guò)電流調(diào)節(jié)器完成電流環(huán)的控制;根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的參考電流數(shù)值及實(shí)際轉(zhuǎn)速情況,通過(guò)角度控制確定相應(yīng)的開(kāi)通角和關(guān)斷角;根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息完成換向邏輯控制;通過(guò)PWM發(fā)生器向功率變換器輸出邏輯電平型的脈寬調(diào)制信號(hào)PWM。通過(guò)功率變換器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1 SRM調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
2.控制電路硬件部分設(shè)計(jì)
控制電路根據(jù)外部輸入,綜合處理電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、電流、電壓和溫度等反饋信號(hào),通過(guò)分析計(jì)算,按一定的控制策略向功率變換器發(fā)出PWM控制信號(hào),以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí),該電路還具有過(guò)壓和超溫等保護(hù)功能。以DSP56F805為核心的控制電路硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 控制電路硬件結(jié)構(gòu)框圖
鍵盤(pán)信號(hào)從DSP56F805的GPIO口引入,通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、溫度和電壓等設(shè)定。數(shù)碼顯示通過(guò)SPI口來(lái)驅(qū)動(dòng),用于顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。相電流、電壓和溫度信號(hào)輸入到ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,以滿足控制的需要。正交解碼器的PHASEA0、PHASEA1和PHASEB0分別捕獲三路霍爾位置傳感器的跳變沿信號(hào),用以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速以及獲取轉(zhuǎn)子位置信息。同時(shí),這些傳感器信號(hào)也被引入到3個(gè)GPIO口,控制芯片也可通過(guò)查詢這3個(gè)口的電平獲取轉(zhuǎn)子位置信息。DSP56F805芯片的脈寬調(diào)制模塊PWMA產(chǎn)生六路PWM方波信號(hào)。其中,PWMA0~PWMA2控制功率變換器高端3個(gè)IGBT,其輸出的PWM波形受電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的控制,通過(guò)改變PWM波形的占空比實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié);PWMA3~PWMA5控制功率變換器低端的3個(gè)IGBT,其輸出PWM波形受開(kāi)通關(guān)斷角及轉(zhuǎn)子位置信息控制,以實(shí)現(xiàn)邏輯換向控制。通過(guò)SCI口實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊。
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