[发明专利]基于DSP+ARM直接转矩控制系统及控制方法

权利要求书

1.基于DSP+ARM直接转矩控制系统，包括整流模块连接滤波模块、滤波模块连接IPM逆变器、IPM逆变器连接永磁同步电动机；电压检测模块连接整流模块、滤波模块、电压保护模块和信号调理电路；电压保护模块连接滤波模块、IPM逆变器和DSP芯片；驱动隔离电路连接IPM逆变器和DSP芯片；过电流保护模块连接DSP芯片和相电流检测模块；相电流检测模块连接IPM逆变器、永磁同步电动机和信号调理电路；速度位置检测器连接永磁同步电动机和光耦隔离电路；DSP芯片连接信号调理电路和光耦隔离电路；其特征在于：ARM芯片通过双口RAM与DSP芯片进行通信；在DSP芯片与IPM逆变器之间连接有直接转矩控制模块和SVPWM调制模块，其中直接转矩控制模块包括磁链估算模块、转矩估算模块和电压参考矢量计算模块；DSP芯片连接磁链估算模块，磁链估算模块连接转矩估算模块和电压参考矢量计算模块，转矩估算模块连接电压参考矢量计算模块，电压参考矢量计算模块连接SVPWM调制模块，SVPWM调制模块连接IPM逆变器。

2.根据权利要求1所述基于DSP+ARM直接转矩控制系统，其特征在于：ARM芯片连接外围扩展模块。

3.根据权利要求2所述基于DSP+ARM直接转矩控制系统，其特征在于：外围扩展模块包括USB接口、显示器、键盘、RAM、RM232和FLASH中的至少一种。

4.如权利要求3中基于DSP+ARM直接转矩控制系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1.永磁同步电动机开始运行，首先DSP芯片进行主程序以及中断程序初始化设置，ARM芯片初始化设置，以及外围扩展模块初始化设置，建立两侧CPU间通信的信号量，分配任务优先级；

步骤2.用户通过人机交互界面，给定永磁同步电动机需要的转速和电压，运行程序；EVA通用定时器T1工作在连续增/减模式下，并给定一个定时器周期；

步骤3.永磁同步电动机运行后，电压检测模块和电流检测模块分别检测直流母线电压，相电流检测模块对相电流定期进行采样，给定一个采样周期，之后通过信号调理电路送给DSP芯片中的A/D转换环节，之后DSP芯片对调理后的信号进行处理，将调理后的输入量送入直接转矩控制模块；

步骤4.给出下一个周期磁链的期望值，在下一周期时，使观测转矩和磁链幅值都与给定值相等；根据相电流检测模块和电压检测模块得到定子电压和电流空间矢量如下：

式中，代表空间电流矢量；，，分别代表A相，B相，C相电流；代表空间电压矢量；代表定子绕组电阻；代表定子电感；代表转子永磁体磁链；代表d轴与A相绕组的夹角；

在定子坐标系下，通过磁链估算模块，以及坐标变换可得到磁链方程为：

因此磁链幅值为：

式中，代表定子磁链在轴的磁链分量；代表定子磁链在轴的磁链分量；

根据当前以及磁链旋转角度增量，得出系统下一个周期磁链期望值；

步骤5.根据步骤4推出的下一周期定子磁链的期望值，在和方向上将其分解，可以得到下面的式子：

通过上面的式子，可以得到电压参考矢量为：

式中，是定子磁链给定值；是在轴的分量；是在轴的分量；是系统设定的采样周期；

步骤6.将检测到的永磁同步电动机转速和电磁转矩估算值送到DSP芯片中，与给定的期望值进行比较，计算误差，并对误差进行PI调节；将直接转矩控制模块得出的电压参考矢量送入SVPWM调制模块进行电压调制；SVPWM调制过程为：判断参考矢量所在扇区，计算开关电压矢量作用时间，根据矢量作用时间合成输出脉冲信号；根据相邻电压和来合成参考电压矢量，下面为电压矢量作用时间：

式中，是电压矢量作用的时间；是电压矢量作用的时间；是和合成的参考电压矢量；是与的夹角；代表直流母线电压；

根据上式得出每个开关作用时间，最终得出所需要的输出脉冲波；

步骤7. DSP芯片通过驱动隔离电路给将输出的脉冲波送给IPM逆变器的6个桥臂，通过6个桥臂的开断，得出永磁同步电动机需要的输出信号；在这个过程中需要对逆变器6路桥臂进行死区时间设定，死区时间计算公式如下：

    式中，代表死区时间；死区定时器周期；代表定时器时钟周期；代表分频数；

通过设定死区时间来防止逆变器上下桥臂直通导致系统损毁；整个系统在运行时，如果电压检测模块和相电流检测模块的采样信号超过额定信号值，电压保护模块和过电流保护模块会给DSP芯片的PDPINT引脚一高电平，DSP将封锁所有PWM输出端口，中断电路，避免严重事故的发生；

步骤8. DSP芯片通过双口RAM接口与ARM芯片进行通信，将检测的数值以及永磁同步电动机运行情况显示在显示器上，并通过曲线进行直观的表示，用户可以通过键盘对数据进行操作，将修改的参数通过双口RAM送给DSP芯片，DSP芯片根据用户的需要，对电机进行相应的操作。