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基于DSP的三相异步电机控制基于DSP的三相异步电机变频调速控制器设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日1. 要求：系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。2. 概要： 电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是变频调速技术。本文研究一种基于数字信号处理器（DSP）的三相异步电动机变频调速系统。论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的基本原理和控制算法。矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。论文用Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。在硬件设计方面，系统以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（IPM）PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及DSP 与PC 机通信电路等模块进行设计。在软件设计方面，本文用汇编语言编写基于TMS320LF2407A DSP 的三相异步电动机矢量控制程序，整个矢量控制程序由主程序和中断服务子程序组成。最后构建三相异步电动机变频调速实验装置，在该装置上进行变频调速实验研究。实验结果表明用SVPWM 技术和矢量控制技术可以成功实现三相异步电动机变频调速功能。采用矢量控制技术后，系统稳态精度高，动态调节时间短、超调量小、抗扰能力强。该变频调速系统的研究与设计为今后开发更高性能的变频调速系统创造了条件。3. 元件及介绍3.1DSPDSP全称是：Digital Signal Processing，即数字信号处理的理论和方法。DSP也可以理解为：Digital Signal Processor，即用于数字信号处理的可编程微处理器。DSP技术：Digital Signal Process，即是利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理的方法与技术。 3.2电源本系统采用24V直流电源，通过逆变电路，将直流电变成三相交流电，进而控制三相异步电机。3.3电机电机型号及相关参数：YS50-4.40W.36/24V/SI/，2.45A.1400r/min4.硬件接线图：4.1总结构框图+三相异步电机逆变电路24V -显示驱动电路人机接口75176DSP485CAN总线按键CAN3.3VAD信号处理X2504010Ki注：系统总图见附录4.2主电路4.3驱动电路4.3.1驱动电路4.3.2电流取样电路（2272）4.3.3REF连接（431） 4.4电源4.5 485通讯4.6 CAN总线4.7X250404.8译码器（74HC138）4.9锁存器（74HC273）4.10键盘显示电路4.11DSP5.相关芯片介绍:5.1DSP（TMS320LF240xA）5.1.1芯片特点概述TI公司的TMS320LF2407A芯片作为DSP控制器24x系列的新成员，是平台下的一种定点DSP芯片。LF2407A芯片提供了低成本、低功耗、高性能的处理能力，对电机的数字化控制非常有用。几种先进外设被集成到该芯片内，以形成真正的单芯片控制器。在与现存24xDSP控制器芯片代码兼容的同时，LF2407A芯片具有处理性能更好（40MIPS）、外设集成度更高、程序存储器更大、A/D转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品。TMS320LF240xDSP有以下一些特点：采用哈佛结构。哈佛结构是不同于传统的冯-诺依曼结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。而冯一诺依曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址、依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。在哈佛结构中，由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指令和执行能完全重叠运行。为了进一步提高运行速度和灵活性，TMS320DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器中，当执行指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间；流水技术。计算机执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数、执行运算等步骤，需要若干个指令周期才能完成。流水技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。即第一条指令译码时，第二条指令取指;第一条指令取数时，第二条指令译码，第三条指令取指依次类推，实用流水技术后，尽管每一条指令的执行仍然要经过这些步骤，需要同样的指令数，但将一个指令段综合起来看，其中的每一条指令的执行就都是一个指令周期内完成。DSP处理器所采用的将程序存储空间和数据存储空间的地址和数据总线分开的哈佛结构，为采用流水技术提供了很大的方便；采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减少了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns（40MHZ），从而提高了控制器的实时控制能力；基于TMS320C2xxDSP的CPU核，保证了TMS320LF240x系列DSP代码和TMS320系列代码兼容；片内有高达32K字的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM(DARAM)和2K字的单口RAM（SARAM）；两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括:两个16位通用定时器；8个16位脉宽调制（PWM）通道。它们能够实现:三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；当外部引脚出现低电平时快速关闭PWM通道；可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；3个捕单元；片内光电编码器接口电路；16通道A/D转换器。事件管理器模块适合用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器；可扩展的外部存储器（LF2407）总共192K字空间；64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O寻址空间；看门狗定时器模块（WDT）；10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器；控制器局域网络（CAN）2.0B模块；串行通信接口（SCI）模块；16位的串行外设（SPI）接口模块；基于锁相环的时钟发生器；高达40个可单独编程或复用通用输入/输出引脚（GPIO）；5个外部中断（两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）；电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。5.1.2 SY-MCK2407A(V3.0) 功能框图5.2IR21325.2.1 IR2132驱动芯片的特点IR2132可以用来驱动工作在母线电压不高于600 V的电路中的功率MOS门器件，其可输出的最大正向峰值驱动电流为250 mA，而反向峰值驱动电流为500 mA。它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络，使用户可方便地用来保护被驱动的MOS门功率管，加之内部自举技术的巧妙运用使其可以用于高压系统，它还可以对同一桥臂上下两个功率器件的门极驱动信号产生O8s互锁延时时间。它自身工作和电源电压的范围较宽(320 V)，在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器，电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与TTL及CMOS电平兼容。IR2132管脚如图3.2.1所示。VBlVB3是悬浮电源接地端，通过自举电容为3个上桥臂功率管的驱动器提供内部悬浮电源，VSlVS3是其对应的悬浮电源地端。HINlHIN3，LINlLIN3是逆变器上桥臂和下桥臂的驱动信号输入端，低电平有效。ITRIP是过流信号检测输入端，可通过输入电流信号来完成过流或直通保护。CA一，CA0，VSO是内部放大器的反相端、输出端和同相端，可用来完成电流信号检测。H01H03，L01L03是逆变器上下桥臂功率开关器件驱动信号输出端。FAULT是过流、直通短路、过压、欠压保护输出端，该端提供一个故障保护的指示信号。它在芯片内部是漏极开路输出端，低电平有效。VCC，VSS是芯片供电电源连接端，VCC接正电源，而VSS接电源地。5.2.2 IR2132内部结构及其工作原理IR2132的内部结构如图2所示，它的内部集成有1个电流比较器(Current Comparator)、1个电流放大器(Current Amp)、1个自身工作电源欠电压检测器(Under Voltage Detector)、1个故障处理单元(Fault Logic)及1个清除封锁逻辑单元(Clear Logic)。除上述外，它内部还集成有3个输入信号处理器(Input Signal Generator)、2个脉冲处理和电平移位器(Pulse Generator Level Shifter)、3个上桥臂侧功率管驱动信号锁存器(Latch)、3个上桥臂侧功率管驱动信号与欠压检测器(Under Voltage Detector)及6个低输出阻抗MOS功率管驱动器(Driver)和1个或门电路。5.3 485通讯RS485和RS232的基本的通讯机理是一致的，他的优点在于弥补了RS232 通讯距离短，不能进行多台设备同时进行联网管理的缺点。计算机通过 RS232 RS485转换器，依次连接 多台 485设备（门禁控制器），采用轮询的方式，对总线上的设备轮流进行通讯。接线标示是 485+ 485- ，分别对应链接设备（控制器）的 485+ 485-。通讯距离：最远的设备（控制器）到计算机的连线理论上的距离是1200米，建议客户控制在800米以内，能控制在300米以内效果最好。如果距离超长，可以选购 485中继器（延长器）（请向专业的转换器生产公司购买，中继器的放置位置是在总线中间还是开始，请参考相关厂家的说明书。）选购中继器理论上可以延长到 3000米。负载数量：即一条485总线可以带多少台设备（控制器），这个取决于 控制器的通讯芯片和485转换器的通讯芯片的选型，一般有 32台，64台，128台，256台几种选择，这个是理论的数字，实际应用时，根据现场环境，通讯距离等因素，负载数量达不到指标数。微耕公司控制器和转换器按256台设计，实际建议客户每条总线控制在80台以内。如果有几百上千台控制器，请采用 多串口卡 或者 485HUB来解决，具体 请参考“如果系统控制器数成百上千台，如何组网？”坚决禁止使用无源485转换器，具体请参考“为什么禁止使用无源485转换器？”485通讯总线（必须用双绞线，或者网线的其中一组），如果用普通的电线（没有双绞）干扰将非常大，通讯不畅，甚至通讯不上。每台控制器设备必须手牵手地串下去，不可以有星型连接或者分叉。如果有星型连接或者分叉，干扰将非常大，通讯不畅，甚至通讯不上。5.4CAN总线5.4.1什么是CAN总线CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。5.4.2 CAN 有哪些特性CAN具有十分优越的特点，使人们乐于选择。这些特性包括： 低成本 极高的总线利用率 很远的数据传输距离(长达10Km) 高速的数据传输速率（高达1Mbit/s） 可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文 可靠的错误处理和检错机制 发送的信息遭到破坏后，可自动重发 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息5.4.3 CAN 是怎样工作的CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型（OSI）一致。每一层与另一设备上相同的那一层通讯。实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。CAN的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层。下表中展示了OSI开放式互连模型的各层。应用层协议可以由CAN用户定义成适合特别工业领域的任何方案。已在工业控制和制造业领域得到广泛应用的标准是DeviceNet，这是为PLC和智能传感器设计的。在汽车工业，许多制造商都应用他们自己的标准。5.5译码器（74HC138）5.5.174HC138 概述74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A3），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。5.5.274HC138 特性 多路分配功能 复合使能输入，轻松实现扩展 兼容JEDEC标准no.7A 存储器芯片译码选择的理想选择 低有效互斥输出 ESD保护 HBM EIA/JESD22-A114-C超过2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超过200 V 温度范围 -40+85 -40+125 5.6锁存器（74HV273）74HC273是一款高速CMOS器件，74HC273引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC273具有八路边沿触发，D 型触发器，带独立的D输入和Q输出。74HC273的公共时钟（CP）和主复位（MR）端可同时读取和复位（清零）所有触发器。每个D输入的状态将在时钟脉冲上升沿之前的一段就绪时间内被传输到触发器对应的输出（Qn）上。一旦MR输入电平为低，则所有输出将被强制置为低，而不依赖于时钟或者数据输入。74HC273适用于要求原码输出或者所有存储元件共用时钟和主复位的应用。6.系统分析及设计6.1 DSP生成SPWM波形6.1.1SPWM概述1）SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.2）SPWM的定义：我们先说说什么叫PWM PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。 所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。 该方法的实现有以下几种方案。I等面积法 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点. II 硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。其实方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。但是，这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。 III 软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法：即自然采样法和规则采样法. III（1） 自然采样法 以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。 III(2)规则采样法 规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。 规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。 以上两种方法均只适用于同步调制方式中。 III(3)低次谐波消去法 低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(t)=ansinnt,首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波。 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波，但是，剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大，而且同样存在计算复杂的缺点。该方法同样只适用于同步调制方式中。 IV梯形波与三角波比较法 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的，从而忽视了直流电压的利用率，如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%。因此,为了提高直流电压利用率，提出了一种新的方法-梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时，其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值，从而可以有效地提高直流电压利用率。但由于梯形波本身含有低次谐波。所以输出波形中含有5次，7次等低次谐波。具体实现方法有两种：单极性SPWM法(1)调制波和载波：曲线是正弦调制波，其周期决定于需要的调频比kf，振幅值决定于ku,曲线是采用等腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于ku=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性)。 调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极性的。(2)单极性调制的工作特点：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断地工作，另一个完全截止；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反，流经负载ZL的便是正、负交替的交变电流。 双极性SPWM法(1)调制波和载波： 调制波仍为正弦波，其周期决定于kf，振幅决定于ku,中曲线，载波为双极性的等腰三角波，其周期决定于载波频率，振幅不变，与ku=1时正弦波的振幅值相等。调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列，此脉冲系列也是双极性的，但是，由相电压合成为线电压(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)时，所得到的线电压脉冲系列却是单极性的。(2)双极性调制的工作特点：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息，而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流。 6.1.2控制寄存器设置控制寄存器是指为产生SPWM波而需要设置的事件管理器（EVA）中的特殊功能寄存器。为了得到期望中的理想波形输出，不但要求有正确的算法，正确地设置控制寄存器同样也是极其关键的。控制寄存器的设置顺序为：a. 设置定时周期寄存器T1PR。b. 设置动作控制寄存器ACTR。c. 设置死区时间控制寄存器DBTCON。d. 初始化CMPRx（x=1、2、3）。e. 设置比较控制寄存器COMCON。f. 设置定时器1控制寄存器T1CON。g. 在每个采样周期重写CMPRx（x=1、2、3）。6.1.3 DSP生成SPWM波的基本设计思想利用TMS320LF2407A生成SPWM波的基本设计思想是利用DSP的事件管理器（EVA）中的3个全比较单元、通用定时器1、死区发生单元以及输出逻辑来生成三相六路SPWM波，经6个复用的I/O引脚输出，EVA内部PWM生成电路框图如图4.1.21所示。图4.1.2 PWM生成电路框图35TMS320LF2407A的定时器有4种工作方式，当以如图4.2所示的持续向上/下计数方式工作时，将产生对称的PWM波输。在这种计数方式下，计数器的值由初值开始向上跳增，当到达T1PR值时，开始递减跳变，直至计数器的值为零时又重新向上跳增，如此循环往复。在计数器跳变的工程中，计数器的值都与比较寄存器CMPRx（x=1、2、3）的值作比较，当计数器的值与任一比较寄存器的值相等，则对应的该相方波输出发生电平翻转，如图4.1.22所示，在一个周期内，输出的方波将发生两次电平翻转。从图4.1.22还可以看出插入死区时间后波形的变化情况，死区的宽度从012s可调。系统中考虑到所用功率器件的开通和关断时间，设定PWM波的死区时间为1.6s，只要在每个脉冲周期根据在线计算改写比较寄存器CMPR的值，就可实时地改变PWM脉冲的占空比。死区单元的工作原理是：它根据全比较单元输出的PWM信号作为输入，根据其跳变沿来使能装载8位减计数器，8位减计数器的计数值由DBTCON的高8位提供，时钟由CPU输入时钟通过DBTCON的第2、3、4位决定的预定标因子分频后作为计数器时钟，在计数器减计数到0前，比较器输出为低电平封锁与门。由此可以产生PWM信号死区。PWMx(1、3、5)信号的输出根据来决定，ACTR控制高有效时输出，低有效时输出。PWMx（2、4、6）信号的输出根据来决定，ACTR控制高有效时输出，低有效时输出。DSP的死区根据ACTR的高低有效性而改变，高有效时不允许上下管的控制信号同为高电平，低有效时不允许同为低电平。因此DSP死区时间对高、低电平开通均有效。软件产生死区只需将DBTCON的高八位载入一定数值，即可实现。结构图如图4.1.23所示。图4.1.22 对称PWM波产生机理图4.1.23 死区控制寄存器结构图6.2系统软件设计在本系统中，软件编程主要涉及转速计算、电流电压测量、PI控制、PWM波形实现以及故障检测，包括对程序空间、数据空间、外部I/0空间、外部事件管理模块、A/D转换模块、看门狗等资源的操作。而本系统软件设计主要放在转速PI控制器模块、PWM发生器模块、和转速采样器模块。在控制器中，DSP主要需要完成的任务是根据外部的指令生成PWM波形，并发出驱动信号。另外还要实现保护、显示等功能。本系统的软件由三部分构成： 系统的初始化程序，主要在系统启动之前，把所有的寄存器内部值初始化；系统的主程序。系统主程序是系统控制的核心，它主要包括系统的算法、系统控制的思路、对系统的实时监视和控制。它主要分为系统给定、系统采集、系统算法。中断服务子程序。它主要为故障显示中断服子程序。故障显示中断服务子程序的主要任务就是:当控制系统出现意外或不可控的况时（过电压保护、过电流保护、欠电压保护、IPM故障保护），那么DSP就会发生故障中断，立即关闭逆变电路，并且显示故障信号。便于及时的保护系统，使由于故障而引起的损失减小到最低。5.2.1系统初始化系统初始化有以下主要部分组成：a.中断变量初始化；b.定时器时钟初始化；c.事件管理器初始化；d.程序变量初始化；e. I/O口初始化；f. SCI、SPI、A/D初始化；图5.2.1 系统初始化程序6.2.2系统的主程序系统主程序流程图如下图5.2.2。图5.2.2 系统主程序系统的主程序有以下几个环节：a.通过键盘进行系统参数设定；b.启动系统运行，启动控制系统；c.采样直流侧电压和交流侧A、B两相的电流，且实现A/D转换；d.根据脉冲编码器传递的信息计算当前的转速并实时显示电机转速；e.根据测量转速值和给定值之间进行PI调节；f.产生PWM波形，并驱动逆变器；系统的主程序是系统运行过程程序，它显示出系统正常运行时的过程。主要是处理系统运行中的数据采集、控制算法和中断处理，它有系统通过键盘的给定开始，进行当前数据的采集，然后进行变频控制的核心算法。6.2.3系统脉宽调制程序系统的核心可以说是如何进行变频变压控制，用什么方法实现SPWM等，这些都将会对系统的精度和稳定性产生影响。正如前面章节介绍，系统采用SPWM逆变技术，采用正弦波与三角波进行调制。而SPWM信号主要由软件生成，依靠DSP控制器产生三相互差120度的3对SPWM波来实现对逆变器的开关进行控制。图5.2.3是系统控制变频的流程图。图5.2.3 系统变频系统控制流程图7.程序清单7.1var.h#define U_DC 24/*电源直流电压*/unsigned int num_f_d=33; /*modulate frequency devide*/ /*调制正弦波的单周期内PWM的细分数*/float b_time=0.3;/*启动时的电压因数，实际加载电压为0.3*U_DC*/unsigned int pwm_half_per=2000;/*PWM调制频率*/*4000 PWM=5KHz*/*2000 PWM=10KHz*/unsigned int timer2_per=1000; /*启动时的正弦波周期=(timer2_per*128*25)ns */*公式*/* F/V = (312500/(b_time*电源电压*(T2PR)*num_f_d)*/*/*启动时V b_time*U_DC = 0.3*24/*F= 10exp9/(timer2_per*128*25)*/*/*启动时 F/V = 312500/(0.3*U_DC*1000*33) = 1.315*/*启动时的F/V不可改动*/float F_V_radio= 1.2;/*速度调节中F和V都随AD采样动态变换，与上述相关变量b_time/*采样时间设置如下：*/*采样时间计算以I_LOOP为单位，即I_LOOP每计1的时间为(pwm_half_per*25)ns/*电流采样的时间间隔为(pwm_half_per*25)*I_DIV, 总点数为(I_LOOP/I_DIV)/*速度采样的时间间隔为 (pwm_half_per*25)*SPEED_DIV, 总点数为(I_LOOP/SPEED_DIV)*/#define I_LOOP 2048#define I_DIV 1/*电流采样的大小计算如下:/* Isample = (I_result*3.3)/1024-1.6)/(0.1*2.7)/*由于直流无刷电机几乎是空载运行，所以电流几乎为0*/7.2spwm.c. #include math.h#include f2407_c.h #define PI 3.1415926extern void ini(void);extern interrupt void timer2_isr(void);extern interrupt void inter2_isr(void); void delay5s(void);float sin_table33=0,0.189,0.371,0.541,0.690,0.815,0.909,0.972,0.98, 0.972,0.909,0.815,0.690,0.541,0.371,0.189,0, -0.189,-0.371,-0.541,-0.690,-0.815,-0.909,-0.972,-0.98, -0.972,-0.909,-0.815,-0.690,-0.541,-0.371,-0.189,0;extern float b_time;extern void adc_soc(void);extern void init_adc(void);/*extern void qep_init(void);*/* MAIN ROUTINE */void main(void) unsigned int i,j; ini(); init_adc();/* qep_init();*/ asm( CLRC INTM); /* start process*/ for(i=0;i10;i+) delay5s(); delay5s(); delay5s(); delay5s(); delay5s(); /* begin speed control*/ *IMR |= 0x0001; adc_soc(); for(;)delay5s();void delay5s(void)unsigned long i;for(i=0;i500000;i+);7.3fun.c#include f2407_c.h #include math.h#includevar.hunsigned int period;unsigned int duty;unsigned int index_pwm=0;unsigned int a,b,c,aaa=0;/* Constant Definitions */#define PI 3.1415926extern float sin_table99;unsigned int adc_res=500;unsigned int I_resultI_LOOP/I_DIV;/*unsigned int Speed_result2048;*/unsigned int i=0;float fv_cn = 0;/*unsigned int T4_NUM0=0;unsigned int T4_NUM1=0;*/* MAIN ROUTINE */void ini(void)/* Configure the System Control and Status registers */ *SCSR1 = 0x00FD;/* bit 15 0: reserved bit 14 0: CLKOUT = CPUCLK bit 13-12 00: IDLE1 selected for low-power mode bit 11-9 000: PLL x4 mode bit 8 0: reserved bit 7 1: 1 = enable ADC module clock bit 6 1: 1 = enable SCI module clock bit 5 1: 1 = enable SPI module clock bit 4 1: 1 = enable CAN module clock bit 3 1: 1 = enable EVB module clock bit 2 1: 1 = enable EVA module clock bit 1 0: reserved bit 0 1: clear the ILLADR bit*/ *SCSR2 = (*SCSR2 | 0x000B) & 0x000F;/* bit 15-6 0s: reserved bit 5 0: do NOT clear the WD OVERRIDE bit bit 4 0: XMIF_HI-Z, 0=normal mode, 1=Hi-Zd bit 3 1: disable the boot ROM, enable the FLASH bit 2 no change MP/MC* bit reflects state of MP/MC* pin bit 1-0 11: 11 = SARAM mapped to prog and data*/* Disable the watchdog timer */ *WDCR = 0x00E8;/* bits 15-8 0s: reserved bit 7 1: clear WD flag bit 6 1: disable the dog bit 5-3 101: must be written as 101 bit 2-0 000: WDCLK divider = 1*/* Setup external memory interface for LF2407 EVM */ WSGR = 0x0040;/* bit 15-11 0s: reserved bit 10-9 00: bus visibility off bit 8-6 001: 1 wait-state for I/O space bit 5-3 000: 0 wait-state for data space bit 2-0 000: 0 wait state for program space*/* Setup shared I/O pins */ *MCRA = 0x0fc0; /* group A pins */* bit 15 0: 0=IOPB7, 1=TCLKINA bit 14 0: 0=IOPB6