基于TMS320F2806的感应电机控制系统金苏江，吕建平(苏州大学电子信息学院，江苏苏州215021)1引言随着DSP和功率器件的发展，变频调速技术已成为科技发展的主要动力。随着带有实时信号处理器的电机控制专用器件和高集成度的智能功率模块(IPM)的引入，使得变频器供电的感应电机控制系统应用广泛。由于功率变换器能实时调节电机电压、电流幅值和频率，所以这种控制系统可获得最佳性能。传统的恒压频比控制是感应电机最基本的常用控制方式之一，但这种方式是从电机的机械特性出发分析电机的运行状态和特性的，动态效果不理想。而感应电机矢量变换控制可使感应电动机的调速性能与直流电机相媲美。矢量变换技术巧妙实现感应电机磁通，转矩的重构和解耦控制，从而使感应电机调速系统趋于高性能。实现矢量变换控制需要实时完成坐标变换、转速控制、电流检测、磁链估计、PWM信号生成及故障检测保护等功能，处理数据量大，实时性和精度要求高。与传统的单片机相比，DSP具有高集成度，快速的CPU，大容量存储器，可提供高速同步串口和标准异步串口，尤其是DSP精简的指令系统、独立的程序和数据空间等使其具有高速的数据运算能力，可设计出结构简单、性能优越的矢量控制调速系统，因此DSP广泛应用于电机控制系统。本文介绍了TMS320F2806的基本结构和性能，给出了感应电机矢量控制(转子磁场定向控制)的硬件设计方案、软件控制算法。该系统设计充分利用TMS320F2806丰富的外围元件和较强的运算能力，系统电路结构简单，抗干扰强。实验结果表明，该矢量控制系统具有良好的动静态调速性能。2TMS320F2806简介TMS320F280x系列是美国德州仪器公司的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点DSP，是集成度较高、性能较强的运动控制系列器件。器件内部集成多种先进的外设，为电机及其他控制应用提供良好平台。TMS320F280x系列内部功能结构如图1所示。TMS320F280x系列数字信号处理器与先前的TMS320F24x系列相比，提高了运算精度和系统处理能力；与TMS320F281xDSP控制器相比。省去了TMS320F281xDSP中的两个事件管理器模块EVA和EVB，事件管理器模块的功能由增强型外设模块ePWM、eCAP和eQEP取代，使得设计人员能有效地解决富有挑战性的控制问题。TMS320F280x高速的运算能力保证了控制实时性，大容量存储空间无需扩展片外RAM就能满足存储需求，保证了控制系统的高度可靠性，是电机数字化控制的升级产品。TMS320F2806的主要特点如下：采用高性能静态CMOS技术，内核与I／O的供电电压分别为1.8V和3.3V，降低了控制器损耗；100MI／s的执行速度使指令周期缩短至10ns，提高控制器的实时控制；片内含有高达32KB×16的Flash程序存储器、10KB×16bit的SRAM、10KB×16bit的OTPROM以及4KB×16bit的BootROM；12位A／D转换器，最小转换时间为160ns，8个或16个多路复用输入通道，采样时间与转换时间分开，提高了采样率和输入阻抗。支持自动顺序采样，无需CPU干预；多达16路的PWM为高效的马达控制(双电机控制)提供便利，其中6路为HRPWM(高分辨率脉宽调制)，时间步长精度高达到150ps，可控制所有类型电机；eCAN总线控制器可为控制器、传感器、激励源以及其他节点提供良好通讯，适用于工业现场和汽车等大噪声和恶劣环境。3三相感应电机系统硬件电路设计基于TMS320F2806控制的小功率异步电机变频调速系统硬件框图如图2所示。变频器系统采用DSP作为运算控制单元，功率电路变换单元采用三菱公司的第五代低功耗智能型模块(IPM)PS21564，采用莱姆公司的霍尔电流传感器检测电机两相电流，采用霍尔电压传感器检测逆变器的母线电压。三相工频电源经整流桥整流，经电容滤波得到直流电压，送至逆变器IPM模块的直流输入端的P端和N端。TMS320F2806控制器对检测信号进行运算处理，空间矢量算法产生3个互差120°的3对SVP-WM脉冲信号，经光电隔离后作用于PS21564控制输入端(UP、VP、WP、UN、VN和WN)。PS21564的输出端U、V和W输出3个互差120°的高压SVPWM波形以驱动异步电机，改变其输出频率，实现异步电机变频调速。由于PS21564具有短路、欠压、过热检测电路及保护功能，当发生故障时，PS21564锁存内部6只ICBT功率管，同时将故障信...
