CN107528512A - 一种基于tms320f2812的pmsm调速控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，主要包括主电路、控制电路、功率驱动电路、检测及保护电路等。该控制系统在矢量控制的基础上采用SVPWM调制技术来控制逆变器的输出电压，电机所有电流均用来产生电磁力矩，电机控制效率高，转矩特性好，可以获得很高的调速范围。采用矢量控制法和SVPWM调制技术对控制器进行了联合调试，系统响应较快，控制精度高，稳定性好。

Description

一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统
所属技术领域
本发明涉及一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，适用于机械领域。
背景技术
永磁同步电动机具有高功率密度、高效率、高转矩电流比等优点，近年来在电气传动领域得到了广泛的应用。随着半导体技术的发展，电机控制的数字化已成为主流趋势，而高性能的电机控制算法都是通过主控芯片实现的，因此在控制器设计时主控芯片的选择十分关键。TMS320F2812是TI公司最新推出的一款专门用于电机控制系统的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片，该芯片上集成了多种外设，尤其是所集成的A/D转换模块、QEP捕获模块以及两个事件管理器模块为电动机以及功率变化控制提供了很大的便利。
发明内容
本发明提出了一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，采用矢量控制法和SVPWM调制技术对控制器进行了联合调试，系统响应较快，控制精度高，稳定性好。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制系统在矢量控制的基础上采用SVPWM调制技术来控制逆变器的输出电压，电机所有电流均用来产生电磁力矩，电机控制效率高，转矩特性好，可以获得很高的调速范围。
所述PMSM调速系统硬件电路主要包括主电路、控制电路、功率驱动电路、检测及保护电路等。主电路包括整流电路和逆变电路，其中整流部分可由4个二极管构成整流桥实现；逆变电路是由6个IGBT构成的开关电路，可输出相位差120°的三相对称电压。
所述控制电路由上位机、TMS320F2812、光电编码器、霍尔传感器等组成。其中上位机与DSP通过JTAG模块连接，可实现它们之间的实时通信；QEP模块连接光电编码器，用来捕获电机转速信息，并由数码管模块显示；AD模块与霍尔传感器相连，用来检测电路中电压、电流值的大小；事件管理器模块输出6路PWM波，经光祸隔离、功率驱动电路，输出到逆变电路的6个IGBT开关管。
所述控制系统采用CSO10GT霍尔电流传感器进行电流采样。CSO10GT是利用霍尔效应开环原理的电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则的电流，当待测电流从传感器孔芯中穿过时，即可从输出端测得与被测电流相对应的电压值，而且传感器的输出幅度可根据用户需要进行适当调整。
所述控制系统所选择的数字信号处理器TMS320F2812内部已经集成有完善的保护和复位电路，因此该系统主要针对驱动板上的保护电路进行了设计,包括直流母线过流保护电路、驱动板过热保护电路、大功率开关元件保护电路等。
所述TMS320F2812的PWM口有片内上拉电阻，高阻态时默认为高电平，而通用的IGBT为高电压导通，因此为防止高阻态时同一桥臂的两个IGBT同时导通的情况发生，采用SN74HOOD和SN74H10D芯片设计了检测报警电路，当D16二极管点亮时，说明至少有一桥臂上下IGBT同时导通，这时电路将关闭所有的IGBT，防止元件烧毁。
所述DSP程序由两个模块组成，即主程序模块和中断服务程序模块，在系统初始上电后，会首先进入系统资源的初始化，然后进行永磁同步电机转子初始位置角的检测，得到位置角信息后进入后台处理程序，等待中断处理信号以进入系统子程序对电机进行控制。中断模块主要是进行速度环和电流环的处理以及与上位机交换数据。
本发明的有益效果是：该控制系统采用矢量控制法和SVPWM调制技术对控制器进行了联合调试，系统响应较快，控制精度高，稳定性好。
附图说明
图1是本发明的PMSM矢量控制系统框图。
图2是本发明的PMSM调速系统硬件连接图。
图3是本发明的单相驱动电路连接图。
图4是本发明的单相电流检测电路。
图5是本发明的PWM检测报警电路。
图6是本发明的SVPWM模块设计流程图。
图7是本发明的系统主程序流程图。
图8是本发明的系统中断程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制系统在矢量控制的基础上采用SVPWM调制技术来控制逆变器的输出电压，电机所有电流均用来产生电磁力矩，电机控制效率高，转矩特性好，可以获得很高的调速范围。
如图2，PMSM调速系统硬件电路主要包括主电路、控制电路、功率驱动电路、检测及保护电路等。主电路包括整流电路和逆变电路，其中整流部分可由4个二极管构成整流桥实现；逆变电路是由6个IGBT构成的开关电路，可输出相位差120°的三相对称电压。
控制电路由上位机、TMS320F2812、光电编码器、霍尔传感器等组成。其中上位机与DSP通过JTAG模块连接，可实现它们之间的实时通信；QEP模块连接光电编码器，用来捕获电机转速信息，并由数码管模块显示；AD模块与霍尔传感器相连，用来检测电路中电压、电流值的大小；事件管理器模块输出6路PWM波，经光祸隔离、功率驱动电路，输出到逆变电路的6个IGBT开关管。
如图3，控制系统采用CSO10GT霍尔电流传感器进行电流采样。CSO10GT是利用霍尔效应开环原理的电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则的电流，当待测电流从传感器孔芯中穿过时，即可从输出端测得与被测电流相对应的电压值，而且传感器的输出幅度可根据用户需要进行适当调整。
如图4，控制系统所选择的数字信号处理器TMS320F2812内部已经集成有完善的保护和复位电路，因此该系统主要针对驱动板上的保护电路进行了设计,包括直流母线过流保护电路、驱动板过热保护电路、大功率开关元件保护电路等。
当电机长时间高速工作时，如果电路的散热条件不好，就会烧毁元件。针对容易烧毁的大功率IGBT元件，在电机驱动板上安装了散热片，同时为了实时检测大功率芯片的温度，采用高精度温度传感器芯片LM358CAZ，设计了过热保护电路。
如图5，TMS320F2812的PWM口有片内上拉电阻，高阻态时默认为高电平，而通用的IGBT为高电压导通，因此为防止高阻态时同一桥臂的两个IGBT同时导通的情况发生，采用SN74HOOD和SN74H10D芯片设计了检测报警电路，当D16二极管点亮时，说明至少有一桥臂上下IGBT同时导通，这时电路将关闭所有的IGBT，防止元件烧毁。
如图6、图7、图8，DSP程序由两个模块组成，即主程序模块和中断服务程序模块，在系统初始上电后，会首先进入系统资源的初始化，然后进行永磁同步电机转子初始位置角的检测，得到位置角信息后进入后台处理程序，等待中断处理信号以进入系统子程序对电机进行控制。中断模块主要是进行速度环和电流环的处理以及与上位机交换数据。

Claims (8)

1.一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述控制系统在矢量控制的基础上采用SVPWM调制技术来控制逆变器的输出电压，电机所有电流均用来产生电磁力矩，电机控制效率高，转矩特性好，可以获得很高的调速范围。
2. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述PMSM调速系统硬件电路主要包括主电路、控制电路、功率驱动电路、检测及保护电路等。
3. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述主电路包括整流电路和逆变电路，其中整流部分可由4个二极管构成整流桥实现；逆变电路是由6个IGBT构成的开关电路，可输出相位差120°的三相对称电压。
4. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：述控制电路由上位机、TMS320F2812、光电编码器、霍尔传感器等组成。
5. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述控制系统采用CSO10GT霍尔电流传感器进行电流采样，CSO10GT是利用霍尔效应开环原理的电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则的电流，当待测电流从传感器孔芯中穿过时，即可从输出端测得与被测电流相对应的电压值，而且传感器的输出幅度可根据用户需要进行适当调整。
6. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述TMS320F2812的PWM口有片内上拉电阻，高阻态时默认为高电平，而通用的IGBT为高电压导通，因此为防止高阻态时同一桥臂的两个IGBT同时导通的情况发生。
7. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：采用SN74HOOD和SN74H10D芯片设计了检测报警电路，当D16二极管点亮时，说明至少有一桥臂上下IGBT同时导通，这时电路将关闭所有的IGBT，防止元件烧毁。
8. 根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的PMSM调速控制系统，其特征是：所述DSP程序由两个模块组成，即主程序模块和中断服务程序模块，在系统初始上电后，会首先进入系统资源的初始化，然后进行永磁同步电机转子初始位置角的检测，得到位置角信息后进入后台处理程序，等待中断处理信号以进入系统子程序对电机进行控制。
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