基于dsPIC30F6010三相异步电动机控制系统的设计与

基于dsPIC30F6010三相异步电动机控制系统的设计与实现

 

 

　　dsPIC30F6010包括16b数据改良的哈佛结构；CPU具有24b宽度指令；线性程序存储(ROM)容量达4Mx24b；线性随机存储器(RAM)容量为32Kx16b；16×16工作寄存器阵列；软件堆栈；快速、稳定的中断响应；可以支持3个操作数的指令A+B=C；扩展的寻址模式。该芯片工作电压为5V；-40～85℃时，最高运算速度为30MIPS。本系统涉及的相关模块有电机控制PWM(MCPWM)模块、模数转换(A／D)模块、正交编码器接口(QEI)模块。

　　三相交流异步电动机的驱动电源设计一般采用交-直-交方式，也就是先将交流电转变为直流电(整流、滤波)，再将直流电转变成频率可调的交流电(逆变)。

　　驱动电源部分采用上海嘉尚电子的DR15A。它内部集成IPM(内部6个IGBT)，具有过热、过压，过流、过载多种保护，同时还具有两相定子电流检测、直流母线电压检测和温度检测等功能。

　　由于交流电机的定子相电流值按正弦变化，所以具有方向性，因此数值上有正有负。本文电流传感器输出电压范围是-4～4V，而dsPIC的A／D转换参考电压范围是0～5V，为了能利用控制器的A／D转换输出正确的值，必须将检测电流信号做电平转移和变换。

　　速度传感器采用长春禹衡生产的LF型光电编码器。主要参数如下：

　　A，B，Z三相输出；5V电压供电；输出电压(单位：V)VH>3．5，VL<0．5；上升时间<1μs；下降时间<1μs；响应频率为0～100Hz；最大允许转速为6000r／min；启动力矩为0．05N·m；轴、径向最大负载为50N；惯性力矩为1．3×10-5N-m·s2；允许角加速度为1000rad／s2。能够满足对速度和位置的测量。

　　软件设计根据前面介绍的控制策略、硬件系统进行编程、调试，主要完成以下功能：矢量控制的主程序、PWM时基中断子程序、A／D转换完成中断子程序、故障处理中断子程序、速度和电流的PI调节等。

　　(1)通过霍尔电流传感器测量逆变器输出的定子电流iA，iB，经过dsPIC30F6010的A／D转换器转换成数字量，并利用式iC=-(iA+iB)计算出。通过Clarke变换和Park变换将电流iA，iB，iC变换成旋转坐标系中的直流分量iM，iT，其中iM，iT作为电流环的负反馈量。

　　(2)利用4倍频的1024线增量式编码器测量电动机的机械转角位移，并将其转换成转速n的PU值。转速n作为速度环的负反馈量。

　　(3)众所周知，异步电动机的转子机械转速与转子磁链转速是不同步的，所以用电流-磁链位置转换模块求出转子磁链位置，当定子电流M，T坐标系的分量iM，iT以及电动机的转速n已知时，可求出转子磁链位置θ，用于参与Park变换和逆变的计算。

　　(4)给定转速nref与转速反馈量n的偏差经过速度PI调节器，其输出作为用于转矩控制的电流T轴参考分量iTref。iTref和iMref(采用保持恒磁，设其值为0)与电流反馈量iT，iM的偏差经过电流PI调节器，分别输出M，T旋转坐标系韵相电压UMref和UTref。UMref和UTref再通过Park逆变换转换成在α，β直角坐标系的定子相电压矢量的分量Uαref和Uβref。

　　(5)当定子相电压矢量的分量Uαref和Uβref及其所在的扇区数已知，利用七段法电压空间矢量SVPWM技术，产生PWM控制信号来控制逆变器。

　　本文使用dsPIC30F6010芯片实现软件全数字化，在保证控制精度的同时相比单片机免去了很多硬件，避免了硬件系统过于繁杂的不稳定性，在价格上要比相应的DSP便宜。所以本系统即简化了硬件电路，又节省了成本。从实验结果看出，该系统速度响应快，运行平稳，稳定时速度误差小，说明系统运行良好。