[发明专利]一种基于DSP的SVPWM电机控制装置的设计

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于DSP的SVPWM电机控制装置的设计。

背景技术

电动机可将电能转换成机械能，广泛的应用于生活的各个领域中。电机传动控制中电机的驱动与调速控制占据着重要地位。电机正在驱动不同类型设备产业的发展，包括重工业机械设备如钢铁行业、造纸行业中的轧钢机，还有微电子行业与半导体行业中的精密仪器、数控机床等。经过统计调查，我国各类电机中有80%以上为小型的异步电机，且由于设备陈旧，控制技术落后等原因，导致浪费的电能非常之多。故需要使用先进高效的电机装置与驱动、调速控制方法来提高电动机效率，可节约电能与原材料，更加高效环保，对我国的可持续发展有重大意义。

异步电机与永磁电机基本的区别是性能和成本。目前异步电机的使用相对永磁电机来说更加广泛。因为异步电机的使用环境通常对于未知调整与调速没有精确的要求。典型的如众所周知的通用电机。但是随着生产要求的日渐提高，尤其是半导体以及其它精密产品生产的需求，永磁电机因其更小巧的体积、更高的效率性能及可控性强等优点，已经逐渐成为一种应用趋势。

由于微处理器MCU技术和电力电子相关技术的更新换代，脉冲宽度调制（PWM）逆变器被广泛地应用于电气传动系统领域中。在脉冲宽度调制控制策略中，SVPWM不同于传统技术，它在算法和实现方式上做了特殊的优化，可以很大程度排除逆变器的输出波形中的谐波成分，并且减少电机的能耗损失。因为在数字信号系统中便捷的实现方式，目前它已很好的代替传统的SPWM技术。另一方面，为保证SVPWM控制策略的性能，单片的运行速度已经远远无法满足，随着人们对于高性能的数字处理芯片的需求，DSP的发展也得到了推进，DSP有着强大的运算性能，以及芯片内部集成功能的完整性。

DSP是一个集成在一个单芯片DSP电机控制电路的核心，大大降低了硬件成本和尺寸，使用方便。DSP相比于传统单片机，其运算速度和处理性能是后者的数十倍，也就意味着可以在DSP中实现更加高级复杂的算法来实现控制，包括神经元控制、卡尔曼滤波、自适应控制、模糊控制等，很大程度上提高了系统的反应速度以及控制的精确度。DSP搭载的运动控制系统具有极其广泛的使用范围，将对各类电器乃至工业生产上的设备驱动起到导向性的作用，特别是在冰箱，洗衣机，空调等家用电器和工业变频控制等方面。DSP控制器以其结构紧凑，使用方便，性能可靠，功能强，价格低廉等优点得到了众多使用者的偏爱。

一般的电机控制能耗较大，应用传统控制算法使得系统的反应速度较慢，控制精度有限，无法满足实际需求。本发明针对伺服控制器中的软件算法优化及逆变单元转换速度、减少转换能耗进行了分析研究，通过改进软件算法，简化了原有算法，节省芯片资源的占用，在计算步骤中巧妙省略了中间变量的调用，因此可以很大程度提高整个系统的运行效率和速度控制精度。通过这一软件算法，基于DSP2812芯片对空间脉宽调制波实现了数字化控制，减小了对外围器件的依赖，降低了成本，应用范围广泛，在交流电机的驱动控制中有着良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于DSP的SVPWM电机控制装置，解决当前电机控制中能耗大，控制技术落后，系统反应速度慢与效率低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明设计了硬件部分与软件部分：

硬件部分：主要包括搭载DSP 2812芯片的控制板，光耦隔离模块，功率板，光电编码盘，交流电源，伺服电机，上位机。各模块之间的连接关系为：功率板负责接收与执行控制命令，驱动电机，并反馈检测信号给控制板，分别与控制板，交流电源模块（通过光耦隔离模块）和伺服电机相连。控制板通过产生空间矢量PWM波（SVPWM）、控制电机定子磁场的角度和幅度、完成A/D转换与坐标变换等，发出PWM控制信号并通过光耦隔离模块传送至功率板，同时接收电机与功率板反馈的检测信号来实现控制，并将测量数据上传至上位机。功率板由交流电源模块供电，接收到控制信号后通过功率开关器件驱动电机，并反馈信号给控制板，实现闭环控制。

所述DSP芯片为TMS320F2812，是电机控制专用芯片，可接收与存储测量数据，完成测量数据的A/D转换与坐标变换，接收并计算电机的位置与转速，控制电机定子磁场的角度和幅度和产生SVPWM控制信号，与上位机进行通信。

所述光耦隔离模块选用6N137系列隔离芯片，处理控制板上输出的电信号来实现对功率开关器件的控制，进一步来驱动大功率电机。