优秀毕业设计毕业论文基于DSP的交流变频调速毕业设计VIP

1、摘要：以t1公司的tms320lf2407为核心，设计了交流变频调速系统，实现了变 压、变频调速。详细介绍了系统硬件结构及软件设计中spwm的产生方法，实验 结果表明系统运行性能良好。关键字：变频调速；spwm；数字信号处理器（dsp）随着屯力电子技术的提高，以高性能微处理器为核心的数字化变频调速系 统，以其调速范围宽、效率高、动态性能好等特点，越来越广泛地应用在交流调 速领域lo数字信号处理器（dsp）作为高速专用的微处理器，运算功能强大, 数据传输速度快，在数字控制领域应用广泛。其中，美国ti公司的高性能16 位dsp -tms320lf2407,是专门为电机控制设计的，它内部自带了 pw

2、m输出单 元，易于编程实现三相空间互差120。的spwm波形，特别适合三相屯机的高性 能控制2。它处理速度很快，并且片内集成了丰富的外设，极大地减少了系统 设计的元器件数量，提高了系统的控制精度。1、系统总体设计基于dsp的数字控制变频调速系统的原理框图如图1所示。图1数字控制变频调速系统的原理框图图1数字控制变频调速系统的原理框图主回路由三相整流电路、大电容滤波电路和pwm逆变电路构成，pwm逆变 电路使用了全控开关器件igbt,即绝缘栅型双极晶体管。它集合了 mosfet和 gtr的优点，输入阻抗高、速度快、热稳定性好，而且耐压高、容量大，驱动电 路简单，很适合在电机拖动场合的逆变器电路上

3、应用。控 制电路由dsp芯片、驱动电路和键盘显示等外围电路构成。dsp芯片处 理由键盘输入的控制信号，一方面输出到显示部分显示电机的运行信息，另一方 面输岀spwm信号到驱动屯路，从而控制逆变屯路中的6个igbt的通断，达到 控制电机转速的目的。此外，dsp芯片还控制限流电阻r的切除。为避免大滤波 电容 在合上电源开关通电瞬间产生过大的充电电流，设计中在整流器和滤波电 容间的直流回路上串联了限流电阻r,刚通电时，r接入电路，经过一定时间， dsp芯片控制开关s将r短路，以免变频器正常工作时产牛附加损耗。检测电路由电流检测和电压检测组成。电流和电压均采用霍尔元件检测，以 满足 精度的要求。电流检

4、测有两部分，一个是对定子电流检测，另一个是对主 电路电流检测，当检测到主电路电流过流时，就会立即给dsp发送信号，封锁 spwm波 形的输出。对这两类信号检测，送入dsp芯片进行处理，可以实现电机 的过流和过压保护，提高电机运行性能。2、硬件设计设计中硬件主要是以dsp为核心，除了利用了 tms320lf2407本身的一些功 能模块外，还在此基础上进行了扩展，最终实现spwm信号的产生、模拟量的采 集、数据的输入输出等功能，构成了完整的调速系统。tms320lf2407的指令执行速度为30mips （指令周期只有33ns）,它不仅 片内有丰富的存储器资源，而口还有可扩展的多达192k字空间的外

5、部存储器。 它有两个事件管理器模块（eva和evb）,可以用来控制交流感应电机、无刷直 流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。它的片内集成了丰富 的外设，极大地减少了系统设计的元器件数量。从系统的结构图中可以看到，设 计中主要使用了它的a/d转换模块、evb模块、10 口和jtag接口。2407的带内置采样/保持的10位a/d转换器，其最小转换时间为500ns,可 以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。设计中由于只对电压、电流进行了采样，所以只用到了 2个采样 通道,分别为adcin0和adcinlo两个事件管理器模块eva、ev

6、b,每个都包括两个1 6位通用定时器和8个 16位的脉宽调制（pwm）通道。利用它们可以产生pwm的对称和非对称波形；在 当外部引脚/pdpintx岀现低电平时能快速关闭pwm通道;并可使用可编程的pwm 死区控制来防止上、下桥臂同时输出触发脉冲。设计中用到了 evb模块的pwm7 pwm12管脚，输出6路对称的spwm信号，通过驱动电路控制tgbt的通断。使用引脚/pdp1ntb来检测外部 故障信号，以便在故障发生时能快速关闭pwm通道。2407的数字输入输出模块有高达40个可单独编程或复用的通用输入输出引 脚。这 些引脚的功能可通过两种控制寄存器来设置：t/0 口复用控制寄存器(mcrx)

7、和数据和方向控制寄存器(pxdatdir) o设计中用到了 i0pb0i0pb5 作为键盘的输入，控制电机频率的增、减和电机的正反转。每按频率增加键一次, 频率增加1；按频率减小键，频率减小1,增减的幅度是由内部编程设定的。另 外还使用了 i0pc1i0pc3管脚与lcd液晶显示模块12232f进行数据传输，用来 显示转速信息及瞬时频率。12232f内置了汉字库和ascii字符集，可完成图形 显示，也可显示16*16点阵的汉字。与外部cpu接口可采用并行或串行方式控制, 本系统中为减少数据口的使用，同时与dsp更好地接口，采用了串行控制的方 式。jtag接口可以克服tms320lf2407结构

8、复杂、工作速度快、外部引脚多、封 装面积小、引脚排列密集等因素造成的不便，能够极其方便地提供硬件系统的在 线仿真和测试。简而言之，硬件部分采用了测试集成的设计思想，以dsp为基础，设计输入输出 电路实现参数的设置和显示，配置相应的传感器模块对电机的电压、电流参数进 行测量，实现了对电机运动状态的控制和观测。3、软件设计dsp程序的编写可以用汇编语言，也可以使用c语言。一般来说，采用c语 言设计的开发周期短，效率较高，并且移植性好，利于实现模块化、组态化的设 计目标，所以设计中的程序也是用c语言编写的3。主程序流程图如图2所示:开始图2主程序流程图软件设计的一个关键部分是控制电路中6路spwm信

9、号的产生。要使用 tms320lf2407自身的pwm输出口，编程实现三相空间互差120o的spwm波形的 输出，可利用事件管理器模块b中的通用定时器3及与之相关的比较单元来完成。 每个通用定时器都有3个与之相关的比较器，每个比较单元都可设置为pwm模 式，且它对应会有两个极性相反的pwm输出。所以，用3个比较单元可以实现6 路的pwm信号，满足系统设计的需求。程序设计方面，采用了在线计算占空比、用三角波作为载波的规则采样法， 得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波。设n为载波比，且n = fc!f其中九杲载波频率，人杲调制波频率。m为调制度, 且m = ur!uc,其中27。杲载波幅值，杲调制

10、波幅值。m股取值为01。改变调制波的幅值，就能使输出的基波电压的幅值发生变化。假设一个周期內有n个矩形波，则|抵fc矩形波的点兗比,史,为:鸟=0.5 + 0.5必汕（产2汀/型利用上述公式计算出占空比，然后与周期寄存器t3pr中的值相乘，再送往 对应的比较寄存器cmpr4cmpr6,就会在对应的管脚输出对称的spw波。调制方法分同步调制法和异步调制法4。但异步法的输出波形对称性差， 脉冲相位和个数不i古i定；同步法在调制波的频率很低时，由调制带来的谐波不易 滤除，当调制波频率很高时，开关元件乂难以承受。所以，设计中采用了分段 同步调制的方法来解决这一问题。具体实现为：把调制波频率分为几个频段

11、，在 各个频段内保持载波比n恒定，不同频段的载波比n不同。选取原则为：输出 频率高的频段用低载波比，输出频率低的频段用高载波比。同时，为了得到严格 对称的双极性spwm波形，载波比应选3的整数倍且为奇数。设计中将频段分为 3段，小于15hz为一段，载波比选153； 15hz35hz为一段，载波比选93； 35hz 以上为一段，载波比选21。分段同步的方法虽然比较复杂，但控制的精度比较 高，输出波形的效果也比较好。对于ad采样部分，只需设置定时器进行定时采样，然后将得到的值与设定 的最大值进行比较，检测是否过流及过压；对于与液晶显示模块间的数据传输， 因是串行，只需查表将对应的字符码按照12232f的传输协议进行数据传输即可。 此部分程序相对较易实现。实验测试出的spwm波形如图3、图4所示：图3相差120度的两相脉冲波形rigoir