交流电机svpwm控制软件实现.doc

交流电机SVPWM控制系统软件实现 一、系统控制软件具体任务包括： （1）系统初始化：设定堆栈指针、变量初始化、事件管理器初始化、串口1、2初始化；对存放速度反馈值、速度给定值等有关存贮单元初始化；给计数器送入控制字，使之工作在恰当的方式，并设定其初始工作参数；设置软件中断与外部中断； （2）读取串口1或者2（2选1）给定的速度值； （3）读取定子电流检测值并按照算法进行相应的转换； （4）读取电机转子转速检测值，并进行数据处理以满足软件的需要； （5）完成转速和电流调节器的控制算法； （6）将测得的转速和相电流值传给串口1； （7）如果有故障发生，DSP及时启动系统软件保护，使系统停止正常工作，保护整个系统元器件。 SVPWM控制系统的软件结构图如下： 软件结构框图 本系统的控制软件设计方案：采用模块化程序设计，主要负责串口通信、电流采样、转速信号采集、矢量变换、PWM输出以及故障输出等。 交流调速系统控制属于快速性要求很高的运动控制范围，系统受控状态量的变化非常快，这就要求系统的采样周期应该尽可能短，以便对被控状态量进行及时的控制，即交流调速系统的控制具有很高的实时性要求。因此，在设计和编制系统软件时，要安排好各程序模块的结构和相互间的时序配合，以满足系统的实时性要求。 二、异步电动机的标么值模型和定点DSP的数据Q格式表示 通过分析电机各参数的实际值可以看出， 各值相差非常大， 例如转速为103数量级的，而电机时间常数在10-3范围内。为了以相同的精度表示和计算各种变量，不宜采用电机的实际值进行计算，而必须采用电机的标么值模型。电机的标么值模型可以把实际相差很大的各种变量转化为统一数量级范围内的量，这对于实现计算过程中的数字化是非常重要的。电机的标么值模型是以电机各变量的实际值除以它的基值。针对不同的变量有不同的基值。一般情况下是以电机的额定值作为基值。 TMS320F2812 属于定点 DSP，定点微处理器不能直接处理小数。对含有小数这样的实数进行运算时，必须采用Q格式对数据进行规格化处理。例如：一个16位数被规格化为Qk格式，它的一般表达式为 这里的k包含了小数的位数。实质上Q格式是将一个数放大了2k倍，然后舍去了剩余小数，形成一个全是整数的替代数，这个数才可以进行能够保证一定精度的定点运算。 三、系统主程序设计 矢量控制系统的程序设计包括主程序和中断服务子程序，主程序中进行硬件和变量初始化，对各个控制寄存器置初值；对运算过程中使用的各种变量分配地址并设置相应的初值。初始化模块仅在DSP上电复位后执行一次，然后进入循环等待周期。 主程序流程图如下图所示： 主程序框图 四、SVPWM中断程序设计 中断服务子程序是系统的核心部分，包括串行口中断服务子程序、PWM中断服务子程序、CPU定时器中断和故障保护中断服务子程序。串行1中断子程序负责电机参数的接受以及电机转速的给定，串口2中断子程序负责键盘控制，CPU定时器中断负责LED数码管的显示。初始化之后，DSP的运行交由中断服务程序控制，所需完成的功能主要由子模块实现。PWM中断程序用来实现电流采样及控制；转速计算；坐标变换以及SVPWM调制，是控制系统实现矢量控制的核心部分。系统采用模块化编程，PWM中断分以下几个模块：电流采样模块；电机转速模块；电流模型；矢量控制坐标变换；PI调节；SVPWM模块。 系统软件时序图： 系统软件时序图 从图中可以看出系统的核心算法如：电流、速度控制算法以及SVPWM波的产生等均是在定时器l的下溢中断子程序中进行，高性能的DSP确保了控制算法的实时执行。系统控制软件经过初始化后，进入用户模块程序，循环等待PWM下溢中断发生。下溢中断发生时，正是新一个SVPWM的开始，下图为定时器下溢中断子程序框图。 定时器下溢中断子程序框图 在本控制系统中，PWM周期的选择是非常重要的，它将决定了系统的采样频率和SVPWM波形发生器寄存器的更新频率。如果这个频率太低，则产生的波形中谐波太高影响电机运行性能，使电机的运行噪音太大，如果频率太高，则IPM模块中心IGBT管的开关损耗太大，发热严重，不利于电机控制，所以要仔细的选择PWM的频率。本文设定PWM频率为10KHz(周期为l00us)。将定时器l设定工作在连续增／减计数模式，PWM中断由定时器的下溢事件来触发，中断开始以后，程序将计算控制电压矢量，并以此控制电机的三相电压和电机转速。 4.1转速计算模块 本系统采用1000脉冲／转的欧姆龙增量式光电编码器来检测速度，如前所述QEP将4倍频计数，所以速度采样分辨率为4000脉冲／转。由于矢量算法需实时用到电机转速，故每一次PWM中断就进行转速的测量，以确保系统的实时性。由于采样的周期很小，有可能就是在几个采样周期内，电机转速都保持