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基于TMS320F28335的SVPWM信号发生器

归档日期:05-14       文本归类:发声延迟      文章编辑:爱尚语录

  能提高直流侧电压利用率,其应用范围已跨越变频调速系统,进入各个领域。文中在分析SVPWM原理的基础上,结合的特点,介绍了TMS320F28335的SVPWM信号发生器设计,并实现了逆变桥一相断路情况下的SVPWM波。通过硬软件结合,在DSP实验平台上进行了调试和实验观察,给出实验结果波形。实验证明,基于DSP的SVPWM信号发生器具有实现简单方便、易于数字化的特点,能更好地满足功率器件对驱动信号的不同要求,便于实现容错控制。

  电压空间矢量脉宽调制技术(Space Vector PulseWidth Modulate,SVPWM)是矢量控制技术实现的重要环节。在电机实现变频调速的控制方法中,PWM的输出是调速系统的最后一个环节,因此对整体系统的性能起到关键作用。SVPWM是PWM波产生技术的一种,具有电压利用率高、谐波成分低、控制功率管开关次数少、功耗小等特点,可以结合矢量算法,最大限度地发挥设备性能,因此被越来越多的变频调速系统所采用。

  现有容错控制系统,由于控制器PWM引脚数量和运算能力限制,多采用电流滞环控制方法,而未能充分利用直流侧电压。TMS320F28335是32位浮点DSP控制器,是目前先进的控制器之一,运算能力强,可应用于电机实时控制系统中,具有18路PWM输出,为容错控制系统提供足够的驱动信号。因而,文中介绍了基于TMS320F28335的SVPWM信号发生器的基本原理和方法实现,并对逆变桥故障时的电压空间矢量进行了分析,实现了三相H桥逆变电路正常状态下和一相故障时的驱动信号发生器设计,可应用于容错电机矢量控制系统中。

  电压空间矢量PWM控制把逆变器和交流电机视为一体,以三相对称正弦波电源供电时交流电动机的理想磁链圆为基准,通过交替使用不同的电压空间矢量来控制实际磁链轨迹,以追踪基准磁链圆,由追踪的结果决定变频器的开关模式,形成PWM波。三相H桥逆变电路如图1所示,同一桥臂的两个开关管不能同时导通,每相的H桥具有3种开关状态,用“1”表示T1和T4导通;“0”表示T2和T4导通,“-1”表示T2和T3导通,定义开关状态S=(Sa,Sb,Sc),则共组成27种开关矢量,-1-1-1~111。

  为达到良好的控制效果,选择长度应该为最长且相等的电压空间矢量作为基本矢量。最终正常状态下选用U1~U6、U25、U26作为基本矢量,如图2所示。以A相断相故障为例分析,由于A相开路,此时只能选择第一位是0的电压空间矢量,因而故障状态下选用U14、U16、U17、U19、U21、U24、U0作为电机故障状态时基本矢量,同B、C相断相时分析方法选择基本电压空间矢量。

  如图3所示,在一个控制周期Ts内,按空间矢量的平行四边形合成法则,选择与期望输出电压矢量最接近的2个电压矢量,控制其作用时间,使得各开关矢量在平均伏秒意义上与参考电压矢量的控制效果等效,可得式(1)

  利用Matlab/simulink工具对所述方法仿真,为验证其正确性和可行性,采用id=0的磁场定向方式,利用三相H桥控制电机。仿线 s时A相断开,在t=0.15 s时采用容错控制,逆变器输出经低通滤波器后的仿线所示,低通滤波后B相控制信号的仿线 s时,电机正常运行,A、B、C三相互差120,逆变桥输出的电压为马鞍波,可提高直流测电压的利用率;当0.1

  TMS320F28335是TI公司最新推出的32位浮点DSP控制器,具有150 MHz的高速处理能力,18路PWM输出,16路12位80 ns A/D转换器,3路SCI,与TI前几代数字信号处理器相比,性能平均提高了50%,并可与定点C28x控制器软件兼容。其浮点运算单元,可以显著地提高控制系统的控制精度和处理器的运算速度,是目前控制领域最先进的处理器之一。

  软件分为主程序部分和中断程序部分,图6给出了主程序、PWM中断服务程序及A/D中断服务程序流程图。主程序主要用于系统初始化,设置TMS320F28335的PWM、A/D、IO引脚及CPU中断等系统功能模块的工作方式。PWM中断服务子程序用于计算SVPWM占空比,A/D中断用于改变输出SVPWM波的频率。

  在DSP28335中,为了发出正确的PWM波,需对EPWM模块的定时器模块、计数比较模块、比较方式模块、死区模块和事件触发模块相应的寄存器进行配置。系统硬件电路如图7所示,包括:DSP主电路,A/D端口接收电压信号,改变SVPWM输出的频率,EPWM引脚输出SVPWM波形,SCI串行口与单片机相连,发送当前SVPWM的频率值;RC低通滤波电路,方便观察程序是否正确执行,所产生的信号是否为SVPWM波;单片机最小系统,接收DSP传送的信号,显示SVPWM的频率。

  为了验证配置好相关寄存器后能否产生正确的1~50 Hz的SVPWM,进行了以下的验证实验。在实验中,设置开关频率为10 kHz,三路EPwm引脚的信号波形如图8所示,调节A/D转换输人电压值,改变输出频率,使得SVPWM频率为1 Hz,将三路信号经低通滤波后的波形如图9所示。在实验中,EPwm x A配置为高有效,EPwm x B配置为低有效,可对其分别设置死区时间,由死区控制(DBCTL)寄存器实现,本程序中设置了EPwm x Regs.DBRED=50:EPwm x Regs.DBFED=50,对应上升延迟约0.67s,下降延迟约0.67s,EPwm x A和EPwm x B的波形如图10所示,调节A/D转换器的输入,使得输出频率为50 Hz,EPwm x A和EPwm x B的波形经低通滤波后的波形如图11(a)所示,改变A/D转换器的输入,得频率为2.274 Hz的SVPWM波形如图8(b)所示。A相断开后,改变B相和C相的占空比计算,得断相后的B相控制信号如图12所示,与仿真波形相一致。实验结果验证理论分析的正确性,经简单的寄存器设置,TMS320F28335就能产生PWM波,结合PWM中断和A/D中断,就能实现1~50 Hz的SVPWM信号发生器设计。

  介绍了SVPWM的三相H桥电路的基本原理,分析了三相H桥电路的电压空间矢量,给出了正常状态和故障状态下电压空间矢量如何选择,进行了Matlab仿真,验证了所提出矢量选择的合理性,同时通过配置最新的浮点数字信号控制器TMS320F28335芯片的相应寄存器来实现正常和故障时三相H桥控制驱动信号。为电机容错系统设计了一种新驱动信号矢量分配方法,在容错系统设计中有一定的应用价值。

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