基于TMS320LF2407A 和AT89S52 三相异步电机双闭环调速控制系统设计
来源： 作者： 发布时间：2015-02-05 07:33:45 浏览量：
图2 TMS320LF2407A 控制单元电路原理图。
光耦隔离电路由6 片东芝公司的TLP127 及相应的限流电阻组成， 主要完成TMS320LF2407A 与IPM 智能功率模块的电气隔离， 并将输出的PWM 信号放大。
转速检测电路采用欧姆龙1024 原旋转型线编码器E6B2CWZ6C， 编码器输出的脉冲经过TMS320LF2407A内部4 倍频后可以实现每转4 096 个脉冲， 从而保证了转速的精度。根据采样得到的数据与给定数据比较， 调整DSP 输出驱动脉冲的宽度， 从而调节交流电机的转速。
电流采样电路采用3 片霍尔电流传感器CN61M/TBC25C04， 一路将检测到的直流母线上瞬时电流值送入过流保护电路， 当其值大于过电流值时， 相应过流保护电路动作产生保护信号， 关断PWM 信号的输出； 另外两路检测流过电动机的电流， 通过变换改变DSP 输出的驱动脉冲， 进而保持电机的转速不变。在本文设计的控制系统中， TMS320LF2407A 采用了ADCIN00，ADCIN01和ADCIN02 三路通道， 以采集电机A 相、B 相和直流母线的电流，直流母线的采样电压通过ADCIN03 通道输入DSP， 根据采样得到的数据， 在电压超过设定的上、下限值时， DSP 关断PWM 脉冲的输出， 从而实现过压和欠压保护功能。
3 系统软件设计
3. 1 闭环调速控制的原理
本文设计的双闭环调速控制系统的原理框图如图3所示。
其中， 给定速度由键盘输入接口电路输入AT 89S52单片机控制系统， 速度PI 调节、电流PI 调节、磁场位置角和转速反馈量的计算由一体电感器TMS320LF2407A 计算实现。
测得的电机转速通过AT 89S52 控制系统输出到液晶显示单元上实时显示。
双闭环调速控制系统框图
图3 双闭环调速控制系统框图。
假设电机定转子三相绕组完全对称； 定转子表面光滑， 无齿槽效应， 定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布； 磁饱和、涡流及铁心损耗均忽略不计， 则三相交流异步电动机的转矩方程如下:
式中: L r ， L m 分别为转子自感和互感； p 是微分算子； i sq是定子电流在q 轴上的分量； rd 是转子磁链在d 轴上的分量。
从式( 1) 可以看出， 异步电机的转矩与定子电流矢量和转子磁场以及夹角有关。因此， 要想控制转矩， 必须先检测和控制磁通。当dq 坐标系在同步旋转磁场上且静止坐标系中的各交流量转化为旋转坐标系中对应的直流量时， 使d 轴和转子磁场方向重合， 可得到磁场定电感器生产向控制方程如下:
式中:
为漏磁系数； r 为转子时间常数。由式( 2) 可知， 检测到定子电流的d 轴分量( 励磁分量) 可观测出转子磁通幅值； 由式( 4) 可知， 当rd 恒定时， 只要控制定子电流的q 轴分量( 转矩分量) ， 即可控制电磁转矩。具体工作原理如下:
通过电流传感器测量逆变器输出的定子电流iA ，iB ， 经过DSP 的A/ D 转换器转换成数字量， 并利用iC = - ( i A + i B ) 计算出i C。电流i A ， iB ， i C 通过Clarke 变换和Park 变换得到了dq 坐标系下的励磁反馈电流i sd和转矩反馈电流isq ， 与给定的励磁电流i sd ref 和转矩电流i sqref 的差通过PI 调节后， 再经过Park 逆变换输出!?
坐标下的电压， DSP 利用该电压生成三相逆变磁芯电感器器所需的六路驱动信号。实时测量的电机转速信号一方面用于与给定速度比较产生i sqref ， 另一方面进入电流位置磁链转换模型求出磁链的位置， 并用于Clar ke 和Park 逆变换。
3. 2 程序流程图
AT89S52 单片机控制系统上电后，首先通过键盘输入接口输入给定转速， 单片机将给定转速存储在双口RAM 中， 同时， 给定转速通过单片机P0 口输出到液晶显示单元的驱动控制芯片SED1520，由SED1520 驱动OCMJ4X8B2 显示转速， 转速的显示范围为0~ 9 99功率电感器9 r/ min， 然后通过键盘来确定是否要对相关变量采样并存储。该部分程序流程图如图4( a) 所示。
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