1、摘要：以t1公司的tms320lf2407為核心，設計了交流變頻調速系統，實現了變 壓、變頻調速。詳細介紹了系統硬件結構及軟件設計中spwm的產生方法，實驗 結果表明系統運行性能良好。關鍵字：變頻調速；spwm；數字信號處理器（dsp）隨著屯力電子技術的提高，以高性能微處理器為核心的數字化變頻調速系 統，以其調速范圍寬、效率高、動態性能好等特點，越來越廣泛地應用在交流調 速領域lo數字信號處理器（dsp）作為高速專用的微處理器，運算功能強大, 數據傳輸速度快，在數字控制領域應用廣泛。其中，美國ti公司的高性能16 位dsp -tms320lf2407,是專門為電機控制設計的，它內部自帶了 pw

2、m輸出單 元，易于編程實現三相空間互差120。的spwm波形，特別適合三相屯機的高性 能控制2。它處理速度很快，并且片內集成了豐富的外設，極大地減少了系統 設計的元器件數量，提高了系統的控制精度。1、系統總體設計基于dsp的數字控制變頻調速系統的原理框圖如圖1所示。圖1數字控制變頻調速系統的原理框圖圖1數字控制變頻調速系統的原理框圖主回路由三相整流電路、大電容濾波電路和pwm逆變電路構成，pwm逆變 電路使用了全控開關器件igbt,即絕緣柵型雙極晶體管。它集合了 mosfet和 gtr的優點，輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好，而且耐壓高、容量大，驅動電 路簡單，很適合在電機拖動場合的逆變器電路上

3、應用。控 制電路由dsp芯片、驅動電路和鍵盤顯示等外圍電路構成。dsp芯片處 理由鍵盤輸入的控制信號，一方面輸出到顯示部分顯示電機的運行信息，另一方 面輸岀spwm信號到驅動屯路，從而控制逆變屯路中的6個igbt的通斷，達到 控制電機轉速的目的。此外，dsp芯片還控制限流電阻r的切除。為避免大濾波 電容 在合上電源開關通電瞬間產生過大的充電電流，設計中在整流器和濾波電 容間的直流回路上串聯了限流電阻r,剛通電時，r接入電路，經過一定時間， dsp芯片控制開關s將r短路，以免變頻器正常工作時產牛附加損耗。檢測電路由電流檢測和電壓檢測組成。電流和電壓均采用霍爾元件檢測，以 滿足 精度的要求。電流檢

4、測有兩部分，一個是對定子電流檢測，另一個是對主 電路電流檢測，當檢測到主電路電流過流時，就會立即給dsp發送信號，封鎖 spwm波 形的輸出。對這兩類信號檢測，送入dsp芯片進行處理，可以實現電機 的過流和過壓保護，提高電機運行性能。2、硬件設計設計中硬件主要是以dsp為核心，除了利用了 tms320lf2407本身的一些功 能模塊外，還在此基礎上進行了擴展，最終實現spwm信號的產生、模擬量的采 集、數據的輸入輸出等功能，構成了完整的調速系統。tms320lf2407的指令執行速度為30mips （指令周期只有33ns）,它不僅 片內有豐富的存儲器資源，而口還有可擴展的多達192k字空間的外

5、部存儲器。 它有兩個事件管理器模塊（eva和evb）,可以用來控制交流感應電機、無刷直 流電機、開關磁阻電機、步進電機、多級電機和逆變器。它的片內集成了豐富 的外設，極大地減少了系統設計的元器件數量。從系統的結構圖中可以看到，設 計中主要使用了它的a/d轉換模塊、evb模塊、10 口和jtag接口。2407的帶內置采樣/保持的10位a/d轉換器，其最小轉換時間為500ns,可 以選擇由兩個事件管理器來觸發兩個8通道輸入a/d轉換器或一個16通道輸入 的a/d轉換器。設計中由于只對電壓、電流進行了采樣，所以只用到了 2個采樣 通道,分別為adcin0和adcinlo兩個事件管理器模塊eva、ev

6、b,每個都包括兩個1 6位通用定時器和8個 16位的脈寬調制（pwm）通道。利用它們可以產生pwm的對稱和非對稱波形；在 當外部引腳/pdpintx岀現低電平時能快速關閉pwm通道;并可使用可編程的pwm 死區控制來防止上、下橋臂同時輸出觸發脈沖。設計中用到了 evb模塊的pwm7 pwm12管腳，輸出6路對稱的spwm信號，通過驅動電路控制tgbt的通斷。使用引腳/pdp1ntb來檢測外部 故障信號，以便在故障發生時能快速關閉pwm通道。2407的數字輸入輸出模塊有高達40個可單獨編程或復用的通用輸入輸出引 腳。這 些引腳的功能可通過兩種控制寄存器來設置：t/0 口復用控制寄存器(mcrx)

7、和數據和方向控制寄存器(pxdatdir) o設計中用到了 i0pb0i0pb5 作為鍵盤的輸入，控制電機頻率的增、減和電機的正反轉。每按頻率增加鍵一次, 頻率增加1；按頻率減小鍵，頻率減小1,增減的幅度是由內部編程設定的。另 外還使用了 i0pc1i0pc3管腳與lcd液晶顯示模塊12232f進行數據傳輸，用來 顯示轉速信息及瞬時頻率。12232f內置了漢字庫和ascii字符集，可完成圖形 顯示，也可顯示16*16點陣的漢字。與外部cpu接口可采用并行或串行方式控制, 本系統中為減少數據口的使用，同時與dsp更好地接口，采用了串行控制的方 式。jtag接口可以克服tms320lf2407結構

8、復雜、工作速度快、外部引腳多、封 裝面積小、引腳排列密集等因素造成的不便，能夠極其方便地提供硬件系統的在 線仿真和測試。簡而言之，硬件部分采用了測試集成的設計思想，以dsp為基礎，設計輸入輸出 電路實現參數的設置和顯示，配置相應的傳感器模塊對電機的電壓、電流參數進 行測量，實現了對電機運動狀態的控制和觀測。3、軟件設計dsp程序的編寫可以用匯編語言，也可以使用c語言。一般來說，采用c語 言設計的開發周期短，效率較高，并且移植性好，利于實現模塊化、組態化的設 計目標，所以設計中的程序也是用c語言編寫的3。主程序流程圖如圖2所示:開始圖2主程序流程圖軟件設計的一個關鍵部分是控制電路中6路spwm信

9、號的產生。要使用 tms320lf2407自身的pwm輸出口，編程實現三相空間互差120o的spwm波形的 輸出，可利用事件管理器模塊b中的通用定時器3及與之相關的比較單元來完成。 每個通用定時器都有3個與之相關的比較器，每個比較單元都可設置為pwm模 式，且它對應會有兩個極性相反的pwm輸出。所以，用3個比較單元可以實現6 路的pwm信號，滿足系統設計的需求。程序設計方面，采用了在線計算占空比、用三角波作為載波的規則采樣法， 得到一系列幅值相等但寬度不等的矩形波。設n為載波比，且n = fc!f其中九杲載波頻率，人杲調制波頻率。m為調制度, 且m = ur!uc,其中27。杲載波幅值，杲調制

10、波幅值。m股取值為01。改變調制波的幅值，就能使輸出的基波電壓的幅值發生變化。假設一個周期內有n個矩形波，則|抵fc矩形波的點兗比,史,為:鳥=0.5 + 0.5必汕（產2汀/型利用上述公式計算出占空比，然后與周期寄存器t3pr中的值相乘，再送往 對應的比較寄存器cmpr4cmpr6,就會在對應的管腳輸出對稱的spw波。調制方法分同步調制法和異步調制法4。但異步法的輸出波形對稱性差， 脈沖相位和個數不i古i定；同步法在調制波的頻率很低時，由調制帶來的諧波不易 濾除，當調制波頻率很高時，開關元件乂難以承受。所以，設計中采用了分段 同步調制的方法來解決這一問題。具體實現為：把調制波頻率分為幾個頻段

11、，在 各個頻段內保持載波比n恒定，不同頻段的載波比n不同。選取原則為：輸出 頻率高的頻段用低載波比，輸出頻率低的頻段用高載波比。同時，為了得到嚴格 對稱的雙極性spwm波形，載波比應選3的整數倍且為奇數。設計中將頻段分為 3段，小于15hz為一段，載波比選153； 15hz35hz為一段，載波比選93； 35hz 以上為一段，載波比選21。分段同步的方法雖然比較復雜，但控制的精度比較 高，輸出波形的效果也比較好。對于ad采樣部分，只需設置定時器進行定時采樣，然后將得到的值與設定 的最大值進行比較，檢測是否過流及過壓；對于與液晶顯示模塊間的數據傳輸， 因是串行，只需查表將對應的字符碼按照12232f的傳輸協議進行數據傳輸即可。 此部分程序相對較易實現。實驗測試出的spwm波形如圖3、圖4所示：圖3相差120度的兩相脈沖波形rigoir