风机、泵类负荷变频调速控制器设计(5)

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b) 转速和电机位置检测。

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以上的信号都是通过外围的电路接口直接接到TMS320F240的外围电路接口，然后根据相应的设置，读出检测到的具体数值。

电流检测模块就是把交流异步电机的三相定子电流转换成相应的二进制代码，以方便处理。因为本课题研究的是三相平衡系统ua?ub?uc?0，因此，只要检测其中的两路电流就可以得到三相电流。

根据异步电动机的数学模型可知，定子电流检测的精度和实时性是整个矢量控制系统精度的关键，因此对电流检测要求精度高和数度快，显然普通的电流互感器难以满足要求，为此本系统采用北京莱姆公司生产的LEM霍尔电流传感器模块来检测电流。LEM霍尔电流传感器模块是闭环磁补偿原理制成的，与普通的电流传感器相比，LEM模块具有以下特点:

a) LEM模块可以检测任意波形的电流如:直流、交流、脉冲波形等，副边电流波形能反映出原边电流的波形，而且还能检测电流的瞬态峰值，而普通的电流互感器则一般只适用于测量50HZ的正弦波。

b) 原边电路和负边电路之间完全绝缘，绝缘电压一般为2KV到12KV，特殊场合达到20KV到50KV 。

c)过载能力强，当原边电流超负荷时，模块达到饱和，可自动保护，即使过载电流为额定值的20倍，LEM模块也不会损坏。

d) 频带宽、精度高、线性度好。在OHZ-100KHZ的范围内，测量精度高于1%，线性度高于0.1%。

e) 动态性能好，其响应时间高于lus，跟踪速度高于50A/us。

f)抗外磁场干扰能力强，在距离LEM模块5-10cm处的一个两倍于工作电流的干扰电 流所产生的磁场千扰而引起的误差小于0.5%。

g) LEM模块的尺寸小、重量轻，易于安装，且工作可靠。 h) LEM模块的安装在系统中不会带来插入损耗。

i) 高可靠性，失效时间为0.43 x 106/小时。而且LEM模块可以承受电源电压极性反接。

在实际的系统中采用的LEM模块的型号为BLYT5-CNP12C4，其工作电压为+-15V,输出电流为一lOmA-lOmA。由两个LEM模块检测A相和B相电流，得到电流信号(-l0A-l0A)，经

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过转换电路:变成一2.5V-2.5V的电压信号，然后经过偏置电路得到0-5V的电压信号，最后由TMS320F240的A/D模块把它变成相应的数值，并保持在数值寄存器ia和ib中，电路图见图4.1。

-2.5V

i? +15V -15V 100R +15V 10K 10K Zkm- + 10K - + ADCIN0 -15V Vkm Vabc 图4.1 电流检测电路

在实际的软件实现中，需要把检测的电流值标么化，因为TMS320F24ODSP的A/D为10位，而电流有正负，所以在实际电路中，其精度只有9位。图4.2显示了实际电流与标么化后的具体二进制数值。

+10A 1024 0A 502 -10A 0 图4.2 电流对应表

4.4 电机转速和位置检测电路

电动机的转速是通过光电码盘检测的，电机转速检测的正确性和精度将直接影响调速系统的控制精度和稳定性。影响转速测量性能的因素有两个:一是系统硬件本身，主要是包括光电码盘的脉冲数和微处理器的精度，但系统一旦确定，由硬件引起的速度检测性能的差异是难以更改的。二是速度估算法，不同的速度估计算法可以得到不同的速的检测性能。

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本系统采用的是M法测速原理，即在某一采用时间内，通过对脉冲的计数来确定电机转速的大小。设采样时间位TC，光电码盘的脉冲数位PN，在采样时间内所测到的脉冲数为m，则电机的转速N(r/min)为：N?60m。 TCPN在本系统中，采用的是欧姆龙公司的旋转编码器，型号是E6B2-CWZ6C，它由5-24V供电，有三路输出，分别为A相、B相和Z相;其中A与B用于测速，他们的相位差为90度，每转一圈输出1500个脉冲;而Z相脉冲为每转一圈输出一个脉冲，用于伺服控制系统中的定位。

A R45 300 P16 +5V QEP1 6N136 R46 4K 图4.3 高速光耦电路

从图4.3可以看到，旋转编码器的A相输出经过高速光祸6N136隔离后，直接接到TMS320F24。的QEPI引脚，同样B路信号按上述方法接到QEP2引脚。在这里用快速光祸的原因侍:码盘输出的信号的频率最高接近60KHZ，而普通光藕的开通和关断延时就有几个微秒，无法满足要求。在TMS320F240中将捕获单元配置成正交编码脉冲模式，在这种模式下，两个16位通用定时器T2和T3可工作于QEP模式的16位或32位双向计数器。QEP电路直接处理光电编码器输出的两路相位相差90度的两路脉冲，只要将这两路脉冲分别接到QEPI. QEP2即可，QEP模式对两路脉冲的前后沿均进行计数，无需外部的倍频电路。而且它能根据两路脉冲的先后次序判别电机的转向，省去了外部辨向电路，提高了系统的可靠性。如图4.4,显示了QEP、系统计数脉冲和电机选择方向的关系图，利用QEP模式可以方便地进行测速。

QEP1

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图4.4 脉冲波形图

DIR QEP2

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CLK

4.5 其他外围电路的设计

4.5.1 基准电压

TMS320F240芯片中的A/D转换所需的基准电压由AD588AD提供，同时AD588AD还提供整个下位机所需的数字+5V电压。基准电压电路在提供+5V电压的同时也提供了一个+10V的基准电压。AD588AD是一个高精度的基准电压芯片，温漂3ppm/?C，初始误差3mV，基准电压源输出电流最大为l0mA。为了有效抑制来自电源的干扰，电源输入端+Vs、-Vs应各自对地接O.lu的电容滤波。 4.5.2 通信模块

用一片MAX232构成串行通信模块.MAX232是双路驱动/接收器，内部包括电容型的电压生成器，可以将单5V电源转换成符合EIAfrIA-232-E的电压等级。接收器将

EIA/TIA-232-E标准的输入电平转换成5VTTL/COMS电平。接收器的典型临界值是1.3V，典型磁滞是0.5V，可以接收+-30V的输入信号。驱动器(发送器)将TTL/CMOS输入电平转换成EIA/TIA-232-E电平。 4.5.3 快速RAM

由四片8位16K快速RAM构成分别为16K的程序存储器和数据存储器，芯片型号是7Y7C199-25P，因为DSP的指令时间是50ns，因此本系统采用存储时间为25ns的快速RAM作为调试时用的程序存储器，在调试结束后这四片存储器可以从系统中剔除，并把程序固化到DSP的内部FLASH ROM中去。

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5 控制系统软件设计

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控制系统功能的优劣很大程度上取决于软件设计的优劣，控制软件除了灵活性、可靠性和通用性之外，还要具有很好的实时性。因此，控制软件的设计在满足实时性的前提下，充分发挥灵活性，使系统的控制质量得以提高。TMS320F240是电机控制中进行高效、高精度控制的首选DSP芯片。其独特的硬件结构设计使其执行效率可达40MIPS，从而克服了矢量控制中运算量大、变换复杂的缺点，进而推动了矢量控制在电机控制中的应用与发展。

5.1 程序的设计和实现

系统的软件部分由两部分组成:上位机监控程序和下位机控制程序。上位机负责向DSP提供电机参数、速度给定以及接收DSP上传的当前信息，并实时显示采得的各种波形。下位机负责A/D采样、矢量变换、PWM输出以及串行通信等。控制软件由主程序和两个中断服务程序组成，主程序负责DSP的初始化;串行中断服务程序负责电机参数的接收以及转速给定;PWM 中断服务程序则负责完成A/D转换、采样AB相的电流、根据编码脉冲数计算当前的转速和B值，并进行矢量变换以及SVPWM输出等.具体见下面流程图:

开 始 读取数据 参数正确 Y 保存数据 N 开中断 返回 图5.1 串行中断服务程序

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