高性能DSP在直接转矩控制系统中的应用

1引言

随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术得到了长足的发展，在高性能的交流调速领域内出现了矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）两种控制思想。其中DTC技术摒弃了VC中的需要解耦的控制思想，它具有简单的控制结构、良好的动静态性能和快速的响应速度等特点，它一诞生就得到了广泛关注，目前已成为研究的热点问题。本文将介绍基于TMS320F2812 DSP芯片的交流感应电动机直接转矩控制系统。

2直接转矩控制原理结构

直接转矩控制系统基本原理图如图1所示。

图1直接转矩控制基本原理图

在图1中，逆变器有三个桥臂，每个桥臂上存在互锁的两个开关Si、（i＝1，2，3），通过控制Si的开关状态如图1（a）所示，可以得到8个电压空间矢量Us（加到电动机定子绕组上），其中6个为工作电压空间矢量，它们等幅且两两相隔60°，连接这6个电压空间矢量的顶点可构成一个正六边形，另外的两个为零矢量，位于六边形的中心，如图1（b）所示。通过正确的开关的通断，可顺序形成不断旋转的电压空间矢量，从而在异步电动机气隙形成旋转的磁链，而通过零矢量的恰当选择可以控制磁链的平均旋转速度。定子磁链Ψμ、转子磁链Ψγ以及转矩之间Td存在关系：，θ为定子磁链与转子磁链之间的夹角，即磁通角，Lσ为转子漏感。在实际的运行中，为充分利用电动机铁心，保持定子磁链幅值为额定值，而转子磁链幅值由负载的大小决定，要改变电动机转矩的大小，可以通过改变磁通角θ的大小来实现。在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量Us来控制定子磁链的旋转，控制定子磁链的走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角θ的大小，以达到控制电机转矩的目的[1>.

3高性能DSP TMS320F2812芯片

在直接转矩控制系统中，DSP芯片是控制器的核心，所有复杂的控制算法和控制策略都通过它来实现。TMS320F2812是Texas公司C28TM系列中最新成员，其高速的运算能力、强大的实时处理能力和高度集成化的设计结构，使得它在控制领域内得到了人们的青睐。下面介绍TMS320F2812主要特点，其结构框图[2>如图2所示。

图2 TMS320F2812功能图

TMS320F2812的CPU是基于C28xTM的32位定点内核，主频达150MHz.TMS320F2812芯片具有高度集成的结构，在片内集成大量的外设（如图2所示），这些外设包括：事件管理器EVA/EVB、16通道12位模数转换器ADC、看门狗定时器Watchdog、通用输入输出引脚GPIO、多通道缓冲串行外设McBSP、改进CAN总线接口、双通道串行通信接口SCIA/SCIB、串行外设接口SPI等。与C28xTM DSP以前的芯片相比，TMS320F2812有自己的特点：（1）它是C2000系列中第一代32位的定点DSP芯片（C24xTM为16位DSP芯片）；（2）芯片内部有3个32位定时器；（3）具有12位的ADC（以前的为10位）和双通道SCIA/SCIB；（4）有多通道缓冲串行外设McBSP；（5）采用改进的哈佛结构和八级流水线作业；（6）存储空间大大扩展，其片内存储器资源包括：128K字×16位的Flash存储器、128K字×16位的ROM、1K字×16位的OPT ROM、一块1K字×16的SARAM、L0和L1上各有8K字×16位的SARAM、M0和M1上各8K字×16的SARAM；（7）可以执行32×32位的二进制补码乘法操作，并产生64位的结果；（8）它是C2000系列性能最高的芯片，处理速度达150MIPS，实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法如无速度传感器的定向控制、运动轮廓的识别和功率因数的校正等，并且其代码与以前各个型号的DSP兼容，它也是目前处理C/C++代码效率最高的DSP芯片（就C2000系列而言）。由于这些特点，TMS320F2812DSP有着广泛的应用空间。