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基于DSP的PWM控制技術(shù)探討
湛江市技師學(xué)院 黃艷 2014/1/9 11:08:37
摘要：近幾十年來(lái)由于 PWM 整流器主電路并無(wú)多大突破，更多的研究集中在整流器的控制技術(shù)上，現(xiàn)在廣泛采用的是在同步坐標(biāo)系下電壓、電流的雙閉環(huán)控制策略，根據(jù)整流器的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，采用 DSP 芯片，利用其內(nèi)部資源和高速數(shù)據(jù)處理能力，研究了空間矢量脈寬調(diào)制的原理以及 DSP 實(shí)現(xiàn)算法。本文將重點(diǎn)探討基于DSP的PWM控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞：DSP；PWM；控制技術(shù)
目前一些微處理器也集成了PWM接口，用于與軟件配合輸出PWM信號(hào)。就一般單片機(jī)而言，PWM算法占用較多CPU時(shí)間，不利于實(shí)時(shí)脈寬計(jì)算。若用軟件直接生成pWM信號(hào)，不僅PWM信號(hào)調(diào)制算法必須具有優(yōu)良性能，而且需要采用多字長(zhǎng)、運(yùn)算速度高的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)輸出。雙極性可逆PWM系統(tǒng)的DSP控制與單極性可逆PWM系統(tǒng)的DSP控制基本相同。由于PWM1和PWM4的控制規(guī)律一樣，PWM2和PWM3的控制規(guī)律一樣，所以比較方式控制寄存器ACTRA的設(shè)置應(yīng)為0096H。雙極性可逆PWM系統(tǒng)的占空比除了決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速外，還決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，因此，在電流PI調(diào)節(jié)控制中，必須根據(jù)轉(zhuǎn)向標(biāo)志DIRECTION來(lái)決定輸出極限：正轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的范圍是0～250；反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的范圍是250～500。
1 控制方法分析
數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)，是一種具有高速運(yùn)算能力的微處理器，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)、快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，DSP實(shí)時(shí)處理功能不斷增強(qiáng)，同時(shí)所集成的設(shè)備功能不斷豐富，逐漸向單片控制器的方向發(fā)展，在控制領(lǐng)域中得到了很好的應(yīng)用。在DSP領(lǐng)域中，美國(guó)德州儀器公司(Texas Instruments，TI)的系列DSP產(chǎn)品應(yīng)用最為普遍。其中，TMS320C2000系列專門為高性能數(shù)字電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，非常適合電動(dòng)機(jī)的控制。
由于幅相控制策略動(dòng)態(tài)性能不好，電流調(diào)整能力不強(qiáng)，計(jì)算模塊依賴參數(shù)精確性，穩(wěn)態(tài)性能有偏差。而直接電流控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能好，因此得到了廣泛應(yīng)用，其主要分為滯環(huán)電流控制、預(yù)測(cè)電流控制、定頻 PWM 控制等。其中，滯環(huán) PWM 電流控制，能加速電流的響應(yīng)，并能對(duì)電壓外環(huán)控制的對(duì)象起改造作用，從而改善電壓外環(huán)的性能。
電力電子學(xué)作為一種從工業(yè)中發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科，其中包括電力技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)中被應(yīng)用了幾十年。比較兩種導(dǎo)通方式可知：在180o導(dǎo)通型和120o導(dǎo)通型逆變器中，開關(guān)元件的導(dǎo)通順序和觸發(fā)脈沖的間隔都是一樣的。不同之處在于開關(guān)元件換流順序不同，前者是在一個(gè)橋臂的上、下元件間進(jìn)行，形成直通的危險(xiǎn)較大；后者是在同一排橋臂的左右相鄰元件進(jìn)行換流，形成直通的可能性小。由于導(dǎo)通區(qū)間不同，前者的電壓有效值高于后者。一般地說(shuō)，電壓型逆變器多采用180o導(dǎo)通型，電流逆變器多采用120o導(dǎo)通型。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電力半導(dǎo)體器件和微電子技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，為研究、設(shè)計(jì)和制造更加復(fù)雜、性能更好的逆變器提供了條件。脈寬調(diào)制(PWM，Pulse Width Modulation)變頻技術(shù)是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。SPI是一個(gè)高速同步串行通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)DSP與外部設(shè)備或另一個(gè)DSP之間的高速串行通信。SPI的通信速率和通信數(shù)據(jù)長(zhǎng)度都是可編程的。F2812處理器的SPI接口有一個(gè)16級(jí)的接收和傳輸FIFO，可以減少CPU的開銷。SCI為異步串行接口，支持標(biāo)難的UART異步通信模式。為減少串口通信時(shí)CPU的開銷，F(xiàn)2812的串口支持16級(jí)接收和發(fā)送FIFO。SCI模塊采用標(biāo)準(zhǔn)非歸零數(shù)據(jù)格式，可以與CPU或其他通信數(shù)據(jù)格式兼容的異步外設(shè)進(jìn)行數(shù)字通信。當(dāng)不使用FIFO時(shí)，SCI接收器和發(fā)送器采用雙級(jí)緩沖傳送數(shù)據(jù)。SCI接收器和發(fā)送器有自己的獨(dú)立使能和中斷位，可以獨(dú)立地操作，在全雙工模式下也可以同時(shí)操作。為保證數(shù)據(jù)完整，SCI模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷、極性、超限和幀錯(cuò)誤檢測(cè)。通過(guò)對(duì)16位的波特率控制寄存器進(jìn)行編程，配置不同的SCI通信速率。
2基于DSP的PWM控制的設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：模擬信號(hào)采集、DSP控制器和PWM驅(qū)動(dòng)電路。其中模擬信號(hào)采集部分主要完成對(duì)三相交流電壓、電流的采集和直流母線電壓的采集�？刂破魍ㄟ^(guò)采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行算法控制，最終產(chǎn)生預(yù)期的PWM波，進(jìn)而通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
作為PWM整流回饋系統(tǒng)，主要目的是實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)、穩(wěn)定直流母線電壓輸出和能量的雙向流動(dòng)。下面針對(duì)這三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行探討和研究。
首先應(yīng)該對(duì)三相電壓進(jìn)行鎖相，這樣可以保證在整流時(shí)的電流相位和電壓相位同（未完，下一頁(yè)）
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