西门子通用变频器中基于DSP的数字控制器实现
发布日期:
2022-03-23

变频调速系统的关键,就是要没计一个合理的变频器,而它的核心就是变频调速系统的数字控制器。变频器的数字控制器包括信号的检测、滤波、整形,核心算法的实时完成以及驱动信号的产生,系统的监控、保护等功能。

1、 数字控制器的硬件结构框图和工作原理

数字控制器的硬件以TMS320F240定点DSP为CPU,CY7C199为外部数据和程序存储器,数据和程序存储器各32K;16路的模拟/数字输入通道,其中一路可以用来进行模拟频率给定;使用了8位数字I/O口,可以用键盘通过I/O口来进行数字频率给定;4路12位的数字/模拟转换通道,用于电机输出信号控制;RS232和SPI系列兼容接口,其中将SPI用作变频调速时电机频率的LED显示,将SCI口扩充成RS232接口。

电机或者逆变器的工作频率通过键盘给定,同时,其频率显示通过DSP内部的显示程序回显在LED上,当按下运行键以后,键盘设计频率被送到产生空间电压矢量的SVPWM处理子程序,生成的SVPWM波形通过GAL器件保护后输出,与此同时,电动机或者变频器的实时运行动态频率通过LED显示。正交编码脉冲可以接入电机的光电编码器,对系统构成速度环反馈,A/D模块可以接入电机的电流环,至于变频调速系统的保护中断源由DSP的引脚PDPINT提供,主要是过压、过流、控制电压欠压、过热等中断源。电机的速度或者逆变器的输出频率可以通过键盘改变。

2、 硬件设计

数字信号处理器是数字控制器的核心部分,也是数字控制器对信号的检测、滤波、整形,核心算法的实时完成以及驱动信号的产生,系统的监控、保护等功能的核心部分。数字控制器的功能模块设计如下。

2.1 数据和程序存储器的设计

DSP是一种高速存取器件,对于外围接口芯片有较高的要求,虽然DSP本身可以软件提供0~7个等待状态来满足与片外存取器件速度的匹配,但是为了不至于影响整个系统的控制和仿真功能,一般采用存取速度比较高的存储器来做为DSP的片外数据和程序存储器。本文采用CY7C199存储器,存取时间15ns,完全不用提供软件等待状态也不用加硬件等待电路,因为,CY7C199是32K的8位存储器,所以,使用了4片该存储器组成了32K的16位存储器RAM,数据和程序各32K。

2.2 DSP复位及时钟电路的设计

为了使系统被复位信号正确地初始化,对复位信号的脉冲宽度必须有一定的要求。对于TMS320F240而言,复位信号至少要lms。不过上电之后,系统的振荡器达到稳定工作状态需要20ms甚至更长的时间,一般来说上电复位时,在复位引脚上置100~200ms的一个低电平脉冲是比较合适的。根据这一原则,采用MAXIM公司的集成微处理器监控复位电路来完成,本文使用了MAX705。MAX705监控芯片,与传统的分立元器件组成的微机监控电路比较,它的可靠性高、动态响应好,功耗小、设计简单、体积小,在电子产品设计中已得到广泛的应用。

在设计中,时钟往往不被人充分地重视,其实,时钟是电路设计中非常重要的一个环节。DSP时钟既可由外部提供,亦可由板上的振荡器来提供。由于DSP及其它芯片工作都是以时钟为基准的,如果时钟质量不高,那么系统的可靠性、稳定性就很难保证。本文采用外部时钟输入,由有源晶振产生10MHz脉冲,通过覆铜和串接LC滤波电路来抑制外界干扰,保证了系统的稳定工作。

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