基于 DSP 的电力拖动控制系统设计分析

基于 DSP 的电力拖动控制系统设计分析

王振伟1,马真2

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摘要：随着我国社会经济不断发展，信息化技术水平得到很大程度提升，生产机械方面逐渐实现自动化，电力拖动程序使用的保障性能标准明显提升。在生产生活中，电机与配套装置在绝大部分情况下都连接在一起，在发动机问题产生的时候，就会对其生产进度有着严重影响。本文主要从作者实际工作经验入手，分析DSP的电力拖动控制系统的设计，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：DSP；电力拖动控制系统；设计分析

前言：电力拖动程序指的是电气和机械二者相结合的系统，其对于机械行业来说是十分重要的内容。电力拖动程序大致包括以下几方面：电源开关、电动机、操控设施、传动设施等，每一项在整个系统中都有着格外重要的地位。

1基于DSP的电力拖动控制系统软件设计

1.1矢量控制

在电力拖动控制系统中，交流电机在矢量控制的作用下，通过变换坐标工作象限，将异步电机转化为直流电机模型。在这个过程中，交流电机为了解耦磁通和转矩，通过一定的矢量控制，将定子电流分成两个直流分量，分量方向由转子的磁场决定。当采用电压源逆变器供电时，利用空间脉宽矢量控制(SVPWM)技术可以实现逆变器的开关控制，从而有效提高直流电源的电压利用效率。在三相异步电动机的控制系统中，我们可以使用TMS320LF2407单片机编程，可以实现PWM波形调制，对电机转速偏差信号进行实时采样，将光电编码器实现，最后通过相应的计算得到定子电流的控制，从而实现对两个直流分量电流的矢量控制。在矢量控制的实际过程中，电机的转速可以从零开始，通过相应的转速控制，电机可以始终保持良好稳定的低速运行状态，在矢量控制的作用下，还可以有效地扩大转速范围，同时，还可以有效地提高转矩控制的精度。并使其动态响应速度变得更快，最终赋予电机更优质的加速性能。因此，在电力拖动控制中采用矢量控制设计，可以显著提高系统低速运行的性能，保证电机加速的稳定性和安全性，有效降低故障发生的概率。

1.2软件功能设计

电力拖动控制系统的软件功能呈现主要依赖于两种程序，一是主程序，二是中断子程序，主程序实时运行，其功能主要是完成电力拖动控制系统初始化，并对电压、电流以及转速进行检测，同时还具有故障诊断与保护功能。而中断子程序具有响应及时，运行可靠的特点，将其用于实现对电流环的坐标转换，能有效提升控制精度，减少中断时间。

2基于DSP的电力拖动控制系统硬件设计

2.1电压和电流

在系统设计时，对电机相电流检测，需要可采用TBC30P电流传感器，然后将信号进行放大。在高速双向二极管的帮助下，先进行限幅控制，然后再输送至DSP的A/D转换端，在这一过程中，还需要控制电压和电流采样信号的比例，一般为3V-30A。在电压传感器LV28-P的帮助下，针对直流母线电压，可以实现其运行状态检测，采样信号也能进一步放大。通过高速双向二极管，实现限幅功能，在此基础上，可以将其输送至DSP的A/D转换端，此时，采样信号将会得到有效控制，变为3-500V。最后，针对IPM，可以对母线电压进行检测，并对其进行相应控制，从而全面保障开关管IGBT安全。在此基础上，在PWM帮助下，做好控制信号的发射，由此能够得到电动机交流电压大小，然后即可结合实际，通过检测控制电流电压，实现对电动机转速控制。

2.2功率模块

在电力拖动系统的功率模块之中，同样有不同部件组成，比如IPM模块、滤波电路、不可控整流模块等，其中对IPM模块而言，在该模块内部，一般集成有第五代低功耗的IGBT芯管，除此之外，还包括栅极驱动电路以及检测电流，不仅如此，自身还具备欠压、温度保护、过流等功能。在IPM中，故障输出信号FO通过光电耦合器进行传输，能够直接连接再回DSP的PDPINTA之中。在IPM出现故障问题时，DSP能够将相应事件管理器输出引起设置成为高阻状态，此时PWM便无法进行信号的输出，从而达到对电力拖动系统的保护作用。

在IPM中，同一桥臂的上、下开关之间总是有一个截止，并且不同的开关必须互锁。基于此，DSP在发送PMW信号后应有足够的死区时间。否则会出现同一桥臂上、下开关同时导通的问题，最终导致IGBT模块过载，造成烧毁问题。在TMS320LF2407中还集成了死区时间调节电路。该电路采用死区定时器对寄存器DBTCONA进行调节和控制。在IPM中，IGBT功率管本身可以起到逆变器的作用，一般由TMS320LF2407输出的6个PMW波来控制。在功率管的帮助下，通过其自身的规律的通断控制，可以将直流电进行逆变，使其变成三相交流电，从而为异步电动机的运行提供相应的电能。在DSP工作时，PWM信号一般较弱，因此在IPM之前，需要先对相应的信号进行放大。在系统设计中，还采用了不可控整流二极管模块。模块内部由三相桥式不可控整流电路组成，滤波电路由电解电容组成。

2.3控制模块

控制模块是系统的最重要组成部份之一，设计时需要重点考虑，而DSP作为数字信号处理装置，成为控制模块设计的核心。在电力拖动系统中，在进行电压、电流检测时，主要依靠上述检测电路来实现。在这些功能的帮助下，能够促使静态RAM存储器实现对数据存储的扩展。而在IPM控制模块之中，主要控制功能是将交流电压转化为直流电压，保障异步电动机有着充足的交流电流供应，充分发挥异步电机优秀的变频调速性能。在电力拖动控制系统的控制模块中，通过将电流霍尔传感器TBC30P电路连接在逆变桥另一端，能够实现线路检测控制，电流信号在从TBC30P电路中输出后，会经过控制模块处理，然后由DSP接收。MAX232单电源电平转换芯片能够将DSP与计算机关联在一起，TMS320LF2407作为一种单片机，能够对电机进行操控，内部有64k程序控制空间，为了进一步提升控制效果，同时还引入了CMOS静态存储器，从而进一步扩大程序内部控制空间，提高传输信号控制的效果。

结束语：

综上所述，电力拖动系统主要是以DSP为基础，借助DSP强大的运算能力和数字信号的处理能力，利用DPS各外设资源，减少系统外围的电路，全面提高系统运转的可靠性和稳定性。在实际设计时，经过引入IPM这种相对比较简单的逆变电路，能够有效实现电动机的实时控制，同时也使得系统在整体硬件设计方面更加的简约，保障了电力拖动系统功能能够得到充分地发挥与展现，进而实现系统动态响应迅速、实时控制性、高精度性等优点。

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