基于DsP的电力拖动控制系统设计

2018-02-18张梅梅

现代制造技术与装备 2018年7期

张梅梅

（江苏省宿迁经贸高等职业技术学校，宿迁 223600）

近年来，伴随着科技的进步，机械自动化水平不断提高，很多公司也注意到电力拖动程序的安全保障。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 关于电力拖动程序的整体设计

1.1 操控程序大体结构

电力拖动程序中含有电流、直流电流、转速，需要进行必要的检查，检查之中应着重注意各关键处线路，这是由于各关键处线路关系到运行功能，且这些线路还能对静态存储器和数据存储器进行延伸。IPM是交流电压转化为直流电压的一个过程，在这一过程中，将频率可调式的三项交流电与异步电动机相结合，有效保证异步电动机的高效能与变频调速的正常运转。

图1是电力拖动程序的硬件构造图，根据图1给出的内容，我们可以知道整体电力拖动操控程序大致分为3个组成部分：功率模块方面；控制模块方面；检查模块方面，这三个部分大致上可以说是组成电力拖动程序的关键。

将电流霍尔传感器TBC3OP电路连接在逆变桥的另一端，能够组成一块电流检查线路，在电流信号从霍尔电流传感器中输出后，还要经过处理才能被送到数字信号处理器的一端；直流电压在检查电路中含有电阻、电压霍尔传感器、整流器等一系列电子元器件；电子螺旋编码器可以通过观点隔绝电路，让检查的信号传输到数字信号处理器的正交编码器脉冲线路中。正交编码器在经过计算后可得知大致的转速；MAX232可以将数字信号处理器和电脑进行关联；TMs320LF2407是为了使用电机操控设置的单片机而专门制造的，里面有64K大小的程序放置空间，为能够达到更广阔的存储范围，这种电力拖动硬件程序中拥有一种高效能的CMOs静态存储器，称为CY7C1021BV33，这种存储器可以用来扩大程序，在传输过程中不会区分字节的高低。

1.2 功率模块

功率模块不单单是由不可操控整流、滤波电路以及IPM三者进行组合，IPM模块采纳了日本著名企业三菱的PM25RLA120，在内部合成了有着低消耗特点的芯管、检查线路以及驱动电路等。关于IPM的故障原因输出信号为F0，可以通过光电接到DsP线路上，对于IPM出现故障时，DsP能够让一些相关的处理器输出引脚却不生成阻止状态，同时，在此过程中不会让PWM信号进行输出，进而对系统形成保护。IPM在同一个桥臂之中的开关管上有阻截作用，并且可以进行互锁工作。所以，DsP在进行PWM信号传输时需要对时间进行统一，会烧毁TGBT模块。IPM中逆变功能的作用有六种，在进行过程中其开关触发的控制信号会受TMs320所输出的六路PWM波的控制，通过功率管进行必要的规律通断，能够将直流电逆变频率调节为三相交流电，提供给异步电动机的三相定子绕组。在此过程中，DsP运作会发出微弱的PWM信号，因此在驱动IPM之前需要对信号进行加强处理，同时系统采用不可控整流二极管模块，将模块内部的流二极管组与三相桥式不可控整流电路组合成一个可运作的整体，让电解电容形成滤波电路。

1.3 操控电路

数字信号处理器的控制电路一共由五部分组成，它主要是用来处理PID的算法，对PWM进行有效输出以及检测转速等，在进行高性能传动控制中，TM23系列的芯片可以让信号处理方面有更好的改进。PWM在电路方面的使用对控制电路有很大的方便，可以减少PWM波形产生的费用，用户的工作量也会相应减小，从而简化相关的外部设备和控制软件。

1.4 检查线路

电机的转速检查采用的编码器为s2000B，然后形成闭环控制，TMs320LF2407有着正交编码脉冲电路QEP，可以通过光电编码器用脉冲的定位来明确电机的运动方向，也可以通过记录脉冲数量来确定具体的位置。当电机进行正转的时候，QEP电路的方向检查可以连接到光电编码A相的QEP1引脚上，脉冲序列的相位高于光电编码器B相的脉冲信号。如此便会出现一个方向信号T1，其在运用中起到定时、计数方向的作用，并且当电机进行反转时，定数器上的数值会逐渐递减，光电编码输出的信号蓝与光耦进行光电隔离。

1.5 电流、电压检测

在电机的一个相电流检测中，需要使用电流传感器TBC309P，然后将信号进行一定程度的放大，在通过高速双向二极管BAV99进行限制后传送到DsP的A/D转换端中，所采用的信号比例为30A-3.0V.

使用电压传感器LV28-P对直流母线电压进行全面检测，将检测出来的信号进行一定程度的放大，通过使用高速双向二极管BAV99进行限制后送到DsP的A/D转换端口中，进行采样的信号比例为500V-3.0V，并且可以通过IPC直流侧的直流母线电压进行全面的检测和控制，这样可以保障开关管IGBT的安全。此外，还可以通过PWM控制信号然后得出IPM提供给电机交流电压的数据大小，从而达到控制电机的目的。

2 软件系统

2.1 异步电动机的矢量控制

交流电动机是一个多输入多输出的强耦合非线性系统，在这个系统中采用矢量来进行控制，可以将异步电动机中的模型来进行坐标变换，让它能够成为直流电动机的模型，然后在将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个分量，并分别加以控制，从而达到磁通和转矩的解怄控制，实现类似流电机的控制效果。在空间矢量脉宽调制技术中，在电压源逆变器供电的情况下，能够按照三相电机的定子产生跟踪圆形旋转磁场的方式控制逆变器开关动作，通过这样的控制方法，可以提高直流侧电源电压的利用效果，计算方式也比较简单，大大减少了开关损耗，降低了转矩的脉动。

在进行矢量控制时，可以从零转速开始控制速度，这样可以保持较好的低速运行性能，调速范围较大，可以对转矩进行精确控制，系统动态响应速度非常快，电动机加速特性比较好。在TMs320LF2407中可以提供六路PWM波控制逆变器，从而开始驱动二相一部交流电动机。可以通过光电编码器对电动机进行转速测量，通过计算可以得到对定子相电流的控制。

2.2 软件操作

拖动操控程序里面的软件大多数都是由主程序以及子程序进行一定的组合。主程序与子程序有着不相同的功能，主程序能够用来初始化系统，检查里面的电压、电流及速度，并且能够对出现的一些故障进行诊断，这样就可以实现保护系统的方法。子程序的作用是实现电流环之间的位置转换，当PWM发生一定变化时，系统速度操控需要进行准确化，进而提升开展效率。