现代交流调速系统-第4章.pptVIP

* 第四章 现代交流电机数字控制基础 §4.1 通用瞬时功率理论简介 §4.2 交流电机数字控制结构 §4.3 微控制器（MCU） §4.4 数字信号处理器（DSP） §4.4.1 数字信号处理器的发展和特点 §4.4.2 电机控制专用数字信号处理器 §4.5 复杂可编程逻辑器件（CPLD） §4.5.1 可编程逻辑器件的发展 §4.5.2 CPLD器件的特点 §4.5.3 CPLD产品简介 §4.6 运算放大器的选择 §4.7 交流电机控制常用电路 思考与练习四 §4.1 通用瞬时功率理论简介 传统的功率概念： 以正弦电源和线性负载为背景的。有功功率是指一个工频周期内的平均功率，物理意义是电路实际消耗的功率；无功功率代表负荷和电源之间能量交换的一种量度，是储能元件（电容、电感）吞吐能量能力的反映。 通用瞬时功率理论： 应用于非正弦、不平衡以及含有零序电流、电压的三相四线不对称系统或电路，有较强的一般性和明确的物理意义，并且可以包含传统的功率定义，具有一定的代表性。 通用瞬时功率定义的性质： 传统功率理论的性质得到了保持 三相电流空间矢量 总可以分解为瞬时有功电流矢量 和瞬时无功电流矢量 ； 即 平行于 ， 而 垂直于 ； 当 传送同样的有功功率所需电流 i 最小，这时，功率因数达到最大。 §4.2 交流电机数字控制结构 数字控制部分由电机控制专用DSP芯片、程序存储EPROM、PWM控制软件部分、PWM驱动及隔离部分、电压/电流互感器及其整形电路、控制电源部分、模拟保护电路部分、以及外围部分（如通信、报警、显示等）等几个大的电路模块组成。具体的交流电机数字控制电路结构示意图如图4-1所示。 §4.3 微控制器（MCU） 微控制器（MCU，国内又普遍称之为单片机）广泛应用于计算机外部设备、军事、工业、通信、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表等领域，并具有能大幅度提高使产品功能、精度和质量，电路设计简单、故障率低、可靠性高且成本低廉的优点。从目前的发展趋势来看，Flash技术、在线可编程、低功耗及大规模集成是今后微控制器的发展方向。 美国ATMEL公司是全球著名的高性能、低功耗、非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。以下主要简单介ATMEL公司生产的AVR微控制器的特点： 可靠保证Flash程序存储器1000次电擦写； 内部含有较大容量、可靠保证10万次电可擦写的数据EEPROM存储器 易于组成最小系统； 执行速度高，指令效率高； 低电压，低功耗，高驱动； 程序加密性好； 简便易学，开发工具价廉物美； 可扩展性强，可为用户定制专用芯片； AVR系列微控制器物美价廉，雅俗共赏，生命力长久。 §4.4 数字信号处理器（DSP） §4.4.1 数字信号处理器的发展和特点 数字信号处理器是实时数字信号处理技术的核心和标志。自1985年美国TI公司推出第一片数字信号处理器TMS320C10以来，DSP发展大致经历了三个阶段： 第一阶段是以TMS320C10/C2X为代表的16-bit定点DSP。 第二阶段推出了32-bit浮点DSP，目前代表产品有ADSP21020、TMS320C3X等型号。 最近几年推出了性能更高的第三代DSP，包括并行DSP和超高性能DSP，如ADSP2106X、TMS320C4X以及新近推出的TMS320C67X、ADSP21160等型号。 DSP除具备普通微处理器所强调的高速运算和控制功能外，针对实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统、指令流程上做了很大的改动，其结构特点如下： DSP普遍采用哈佛结构或改进的哈佛结构，比传统处理器的冯·诺依曼结构具有更高的指令执行速度； DSP大多采用流水线技术，从而在不提高时钟频率的条件下减少了每条指令的执行时间； 片内有多条总线可以同时进行取指令和多个数据存取操作； DSP大都配有独立的乘法器和加法器，使得同一时钟周期内可以完成相乘、累加两个运算，大大加快了FFT的蝶形运算速度； 许多DSP带有DMA通道控制器，以及串行通信口等，配合片内多总线结构，数据块传送速度大大提高； 配有中断控制器和定时控制器，可以方便地构成一个小规模系统； 具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接口。 DSP具有以下功能，来支持其数字信号处理： 单指令周期的乘、加操作； 特殊的高速寻址方式，具有循环寻址、位反序寻址功能； 能在单指令周期内完成多次存储器或I/O设备的访问； 专门的指令流控制，具有无附加开销的循环功能以及延迟跳转（相当于预跳转）指令； 专门的指令集，一个指令字同时控制片内