基于DSP的高速變頻控制系統(tǒng)高頻SPWM控制器設(shè)計(jì)
梁中華，杜繼光，楊霞
(沈陽(yáng)工業(yè)人學(xué)，遼寧沈陽(yáng)110870)
摘要：文章采用TMs210F2812型號(hào)DsP控制高速變換器功率開(kāi)關(guān)器件，采用對(duì)稱規(guī)則采樣算法和分段脈寬調(diào)制技術(shù)生成高頻sPwM波形，并給出主要的程序流程和實(shí)現(xiàn)方法。最后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)波形結(jié)果正確無(wú)誤，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案可行。
關(guān)鍵詞：TMs2lOF2812；高頻控制；對(duì)稱規(guī)則采樣算法
0引言
數(shù)字信號(hào)處理器（DsP）的高速運(yùn)算能力使很多復(fù)雜的控制算法和功能得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)將實(shí)時(shí)處理能力和控制器的外設(shè)功能集于一身，在控制領(lǐng)域內(nèi)也得到很好的應(yīng)用，給交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)注入了新的活力，使變頻調(diào)速系統(tǒng)真正達(dá)到了體積小、重量輕、成本低、效率高、無(wú)公害的要求。高速電機(jī)控制系統(tǒng)采用DsP控制芯片能產(chǎn)生抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，靈活性強(qiáng)的高頻脈寬調(diào)制信號(hào)。
在DsP中，TMs320F2812型號(hào)是專(zhuān)門(mén)為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的控制芯片，它功能強(qiáng)大，運(yùn)算速度快，最適合于sPwM控制，由它來(lái)控制逆變器的6個(gè)開(kāi)關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)sPwM變頻調(diào)速，文中利用TI公司TMs320F2812數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)高頻sPwM調(diào)速器。
1 sPwM對(duì)稱規(guī)則采樣算法
sPwM的采樣算法主要有：自然采樣，對(duì)稱規(guī)則采樣，不對(duì)稱規(guī)則采樣。自然采樣法是將基準(zhǔn)正弦波與一個(gè)三角載波相比較，由兩者的交點(diǎn)決定出逆變器開(kāi)關(guān)模式的方法，而正弦波與三角波兩個(gè)相鄰交點(diǎn)的時(shí)刻，不但是載波比的函數(shù)，而且是幅度調(diào)制比的函數(shù)，而求解其與幅度調(diào)制比的關(guān)系要花費(fèi)很多時(shí)間。對(duì)稱規(guī)則采樣法是只在三角波的頂點(diǎn)位置或底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣而形成階梯波，此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬在一個(gè)采樣周期內(nèi)的位置是對(duì)稱的。在對(duì)稱規(guī)則采樣中，實(shí)際的正弦波與三角載波的交點(diǎn)所確定的脈寬要比生成的PwM脈寬大，即變頻器的輸出電壓比正弦波與i角波直接比較生成PwM時(shí)輸出的電壓要低。不對(duì)稱規(guī)則采樣法是在三角波的一個(gè)周期內(nèi)，利用三角波的兩個(gè)峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正弦函數(shù)值，求取的脈沖對(duì)=角波的峰值點(diǎn)不對(duì)稱。高頻率信號(hào)輸出時(shí)，要求控制器處理速度及時(shí)，不對(duì)稱規(guī)則采樣和自然采樣算法的編程較為復(fù)雜，不利于高頻率信號(hào)調(diào)制，因此本文選擇對(duì)稱規(guī)則采樣算法。
圖l為對(duì)稱規(guī)則采樣sPwM波生成原理圖，圖中Us是三角載波峰值，Tc是三角載波周期，t1為采樣時(shí)刻，由圖可推導(dǎo)其數(shù)學(xué)模型：
根據(jù)三角形相似關(guān)系，則有：
將式(2)代入式(1)可得：
因此，生成的SPWM波的脈寬為
將三角波頻率fc與正弦波頻率fr之比即載波比Ⅳ變換得
式中，K為采樣序號(hào)。則
將式(7)代入式(4)可得：
三相正弦電壓彼此相位差相差120 o，要生成三相SPWM就是使用3個(gè)彼此相位差為120 o正弦波與同一個(gè)三角載波相比較求其交點(diǎn)。由單相SPWM |
