基于DSP的交流异步电机高精度调速系统设计

输出24 mA电流，其中A端为5 V电平，B端为3．3 V电平。

2．5 霍尔电流传感器

霍尔电流传感器是利用霍尔效应来测量电流的，不仅能测直流电流，也能测交流电流，测量精度和量程比电流互感器高，受温度影响很小，且不会产生电流过载。霍尔电流传感器的功耗极低，这是其他互感器无法达到的。系统采用QBC-SY／SYW系列闭环霍尔电流传感器，该系列电流传感器的初、次级之间是绝缘的，具有超强抗干扰能力，用于测量直流、交流和脉动电流。交流互感器连接图如图3所示。

该款传感器集成了调理电路，在最大可测量输入电流3 A条件下，输出电压4 V。由于驱动电机的额定输入电流为1．12 A，所以其最大输出电压可达，但这并不符合TMS320F2812的输入要求，故还需要另加上一组信号调理电路，将输出电压从±1．5 V调理到0～3 V，才能符合DSP内部3．3 V A／D参考电压的要求。

信号调理电路需使用RC 4558和TLV431两种芯片，其中RC 4558为双路高性能运放；TLV431为低压可调精密分流稳压器，用作输出一个1．5 V的恒定电压供给信号调理电路使用。信号调理电路工作原理为：当电压信号输入时，先利用放大器作一级跟随处理，然后进行反相，最后进行加法运算。具体电路图如图4所示。

2．6 旋转编码器

为了实现矢量控制，就必须对电动机的实际转速进行测量，因为TMS32F2812本身的事件管理器中有正交编码脉冲电路，用于连接光电编码脉冲以获得旋转机械的位置和速率，方案中转速测量就采用旋转编码器。

系统综合考虑后选择了ELTRA公司的EL40A1024Z5增量式编码器作为系统得测速单元。其分辨率达到了1 024脉冲／转，带有零脉冲，输出电平为NPN集电极开路输出，可直接连接DSP，测量转速最高可达6 000转。

TMS320F2812有两个事件管理器(EVA、EVB)，每个事件管理器(EV)模块都有一个正交编码器脉冲(QEP)电路，它们可以直接与编码器相连，用来检测转速。如果电路被使能，那么可以对从CAP1／QEP1和CAP2／QEP2(EVA)或CAP4／QEP3和CAP5／QEP4(EVB)引脚上输入的正交编码脉冲进行解码和计数。当QEP电路被使能，CAP1／CAP2和CAP4／CAP5引脚上的捕获功能将被禁止。

3 系统软件设计

系统软件采用模块化设计，可以分为2个部分；主程序和中断服务子程序。

主程序中对硬件和变量进行初始化，对各个控制寄存器置初值，对运算过程中使用的各种变量分配地址并设置相应的初值。初始化模块仅在DSP上电复位后被执行一次，然后进入循环等待时期，如图5所示。

中断服务子程序是系统的核心部分，包括PWM中断服务子程序，故障保护中断服务子程序，串行中断服务子程序。其中PWM中断服务子程序负责对电流A／D转换、速度计算、矢量变换、SVPWM输出等。故障保护中断服务子程序在系统出现故障时，将会立即禁止PWM输出。串行中断服务子程序则负责DSP与PC上位机之间的通信，如图6所示。

初始化之后，系统的运行交由中断服务子程序控制。PWM中断服务子程序负责两相定子电流的采样，转速的计算，矢量变换以及SVPWM调制，是系统实现矢量控制的核心部分。系统采用模块化编程，把PWM中断服务子程序分为电流采样模块，电机转速计算模块，矢量控制坐标变换模块，模糊PI调节模块，SVPWM调制模块。

4 结语

针对交流调速的特点，设计了一套基于DSP的交流异步电机高精度调速系统。该系统应用矢量控制技术作为系统的总体控制方案，以TI公司电机控制专用的高速DSP TMS320F2812为系统的核心处理器，三菱电机公司的PS21246智能功率模块(IPM)为逆变器件，在此基础上运用空间电压矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)技术和PI控制算法，构建了一个基于TMS320F2812 DSP的交流异步电机高精度控制平台。实验表明，系统基本满足高精度调速要求，十分适合于伺服控制系统。