DKSZ-Ⅲ电机实验装置的数字化改造

2010-06-12谢慕君俞雪林牛晓升

电气电子教学学报 2010年4期

谢慕君,俞雪林,牛晓升

(长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012)

0 引言

“电力拖动自动控制系统”是自动化专业一门重要的专业课,该课程重点分析实际控制系统的组成和特点,应用控制理论解决系统中的实际问题,通过各种典型线路的介绍、动态工程设计方法的学习和实验装置的调试,从而建立起一个由理论到实践的调速系统学习体系[1]。

DKSZ-Ⅲ电机控制系统实验装置是浙江大学方圆公司生产的实验设备,主要针对“电机及拖动基础”、“电力电子技术”、“自动控制原理”和“电力拖动自动控制系统”等课程开设实验。由于我校原有设备都是基于模拟电子线路实验配置的,不适应单片机、数字信号处理器等数字控制的实验内容。改造后的装置采用模块化设计和挂箱式结构,为数控实验平台提供了可能。

本文基于原有的DKSZ-Ⅲ电机控制系统实验装置,设计了基于DSP的数字调速实验挂箱,实现了直流双闭环的数字控制,为“电力拖动自动控制系统”课程提供了数字控制的实验平台。

1 数字调速实验挂箱硬件设计

我们在原有的DKSZ-Ⅲ电机控制系统实验装置上,进行了功能扩展,增加数字控制功能。新增的数字化控制器不影响原有的模拟调节器,只是在现有的实验装置上增加一个数字调速实验挂箱。它是采用数字信号处理器DSP及相应外围接口电路来实现的。

1)系统组成及工作原理

由数字调速实验挂箱实现的数字控制直流双闭环系统原理框图如图1所示。虚线框内为设计的数字调速实验挂箱,虚线框外为实验装置原有的单元电路。

图1 数字控制直流双闭环系统原理框图

数字调速实验挂箱以DSP芯片TMS320LF2407作为核心,把转速给定信号(电压值)、转速反馈信号和电流反馈信号经由DSP内置的10位A/D转换器采样,再经数字PI控制算法运算输出控制量Uct,最后经D/A转换输出模拟信号加到实验装置原有的触发器上对三相全控桥进行移相触发。

2)数字调速实验挂箱硬件电路设计

挂箱硬件电路具有如下功能:①完成速度给定信号、速度反馈信号以及电流反馈信号的采集;②转速和系统电流闭环控制;③控制量数模转换及输出;④接收上位计算机控制命令;⑤供电。

挂箱功能框图如图2所示。

3)主控电路

挂箱的CPU选用TI公司高性能的16位定点式数字信号处理芯片TMS320LF2407作为核心控制器件,其工作速度远远高于一般的CPU控制器的运算速度,外部时钟达到了20MHz,通过内部锁相环电路处理可使系统运行时钟达到40MHz。信号采样电路采用内置A/D转换器,共16条通道,资源充分,转换精度10位,转换时间为50μ s。

图2 数字化调速实验挂箱功能框图

4)D/A输出电路

D/A转换器采用AD公司的DAC8562,它具有12位高精度,采用并行数据输入,运用CBCMOS做信号处理,其参考电压一般为+2.5V。该D/A转换器的模拟信号输出电压为0～+4.095V。

5)电源电路

挂箱的电源管理单元由两部分组成。整个系统供电为+24V,选用Mornsun公司的DC/DC模块B2405,对+24V输入电压进行调整后,输出一路+5V电源。+5V电源为DSP的外围接口电路供电,同时接到DSP的VCCP引脚,为DSP提供编程电压。用于DSP工作的电源来自MIC5209-3.3BS变换器,同时也作为A/D模块的基准电压。