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基于TMS320F2812三相异步电动机变频控制实现研究摘要：本文主要针对 TMS320F2812 的 SVPWM 技术实现进行了相关探讨，并且提出了部分软件的实现方法以及硬件电路的构成。
基于TMS320F2812三相异步电动机变频控制的模块的结构十分紧凑，而且具有较高的性能价格比，在运行方面也比较稳定，能够达到设计的预期目标。
关键词：TMS320F2812；三相异步电动机；变频.随着科学技术的不断进步，人们对现代加工工艺提出的要求越来越高，使得很多机械设备在实现其控制精度的不断提高。
因此，电机转速控制也需要更进一步的发展来适应更高的要求。
目前，应用十分广泛的电机就是三相交流异步电机。
三相交流异步电机具有结构简单、成本较低、效率高等优点。
目前三相异步电动机进行调速的主要方法就是变频调速，其变频器主要是采用DSP 技术的控制单元，TM S320F2812 系列芯片是最近几年开发专用电气控制的DSP 芯片，TMS320F2812芯片的EV模块的控制功能十分强大，非常适合应用于电机控制和运动控制等领域。
一、变频控制原理基于TMS320F2812的三相异步电机的变频调速装置有三个部分，即为主电路、控制电路和采样电路。
在变频主电路中，工频三相交流电源在通过全整流电路之后，会经过滤波而传送到逆变器中，然后再通过控制逆变器来产生三相电源。
而该逆变器采用7MBP100RA060型的智能电力模块，不但工作特性十分好，而且功能也比较齐全。
该逆变器比较完整，包括制动单元在内，还有七个IGBT与七个快速功率二极管，一个IGBT作为开关管用于动力制动。
另外，还有六个回馈二极管与IGBT并联而组成的三相桥臂。
除此之外，还有对异常情况进行检测的相关单元、各种IGBT 的驱动电路等。
如果检测到异常信号，IPM 模块的 FN 信号就可以在进行光耦隔离之后，被送至DSP的PDPINT中，也就是功率驱动保护引脚，以提供相应保护[1]。
基于T M S320F2812的双电源供电电路设计实现贾 凯,郑春晖,陈为廉(沈阳新松机器人自动化股份有限公司,辽宁省沈阳市110168)摘 要:电源供电电路设计对DSP 系统的可靠应用具有十分重要的意义。
针对TI 公司DSP 芯片T MS320F2812的双电源供电电路,结合双电源供电芯片和上电复位芯片的应用特点,实现了1.9V 的核电源和3.3V 的I/O 电源的双电源供电电路,并对电路中主要芯片的应用电路作了相应分析。
在上电次序上,本设计满足I/O 电源和核心电源的上电先后顺序要求。
经验证双电源启动电路完全满足启动要求,所有设计电路工作稳定可靠,本设计为DSP 应用系统稳定工作提供了有效的保障。
关键词:电源;DSP;T MS320F2812;启动电路中图分类号:T N86收稿日期:2008206202;修回日期:2008206217。
0 引 言随着DSP 技术的突飞猛进发展,DSP 的稳定供电电源设计成为DSP 应用系统设计的一个重要组成部分。
尤其是新的DSP 芯片中,DSP 内部CP U 核心供电电压降低,要求系统有多路电源同时供给核心及I/O 电路。
TI 公司的DSP 家族一般要求有独立的内核电源和I/O 电源,而且上电时,为了保证芯片内各个模块的正确复位,供电需要满足一定的时序。
针对TI 公司T MS320F2812(简称F2812)芯片的双电源供电要求,合理的双电源供电电路设计是DSP 系统稳定工作的保障。
1 T M S320F28121.1 T M S320F2812的性能T MS320F2812是TI 公司的一款用于控制的高性能、高性价比的32位定点DSP 芯片。
面向电机控制、工业自动化方向的应用,采用经典哈佛总线结构和指令流水线技术,保证信号处理的快速性和实时性,工作频率达到150MHz 。
T MS320F2812拥有丰富的片上资源,减少了外部电路,在性能更加可靠的情况下降低了保护装置的硬件成本。
基于TMS320F2812变频电源的交流采样系统设计王荣海,乔之勇(绵阳职业技术学院 四川绵阳 621000)摘 要:详细介绍利用HCNR200及TMS320F2812内置ADC 采集交流电压和负载电流信号的系统设计。
HCNR200是一款专门用于模拟信号隔离采样的高精度线性光耦。
它的使用能有效地将主电路与控制电路进行隔离,并具有较高的线性度,检测误差小。
DSP 内置ADC 为12位转换器,具有转换精度高,转换时间短(12.5MSPS ),设计简单等优点。
关键词:HCNR200;TMS320F2812;模拟隔离;交流采样中图分类号:TP368.1 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2009)242189203Design of AC S ampling System B ased on TMS320F2812V ariable 2Frequency Pow er SupplyWAN G Ronghai ,Q IAO Zhiyong(Miangyang Vocational and Tecnology College ,Mianyang ,621000,China )Abstract :In this paper ,the design of AC sampling system by linear optocoupler HCNR200and TMS320F2812ADC module is introduced in detail.HCNR200is a high accuracy linear optocoupler witch is specially used in the analog signal isola 2tion sampling.Its use can effectively isolate between the main circuit and the control circuit ,and it has high linearity so that the measurement error is small.The inner ADC module is a 122bit pipelined analog 2to 2digital converter ,and its fast conversion time runs at 25M HzK eywords :HCNR200;TMS320F2812;analog isolation ;AC sampling收稿日期:20092062300 引 言在三相变频电源设计中,需要采样交流电压及负载电流,用以实现双闭环控制和保护,因此交流电压、电流采集系统的设计直接关系到变频电源的性能。
TMS320F2812在数字化三相变频电源
变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。
现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显着优点而备受青睐。
三相变频电源以MPWM方式制作，用主动元件IGBT 模块设计使本机容量可达200KVA,以隔离变压器输入及输出，来增加整机稳定性，特别适应感性，容性及特殊负载，负载测试和寿命试验可靠性高。
l 工作原理
系统总体电路结构由主回路、控制电路、采样电路、反馈电路和各类保护电路等部分组成，系统原理图如图1所示。
采用TMS320F2812芯片的变电站综合自动化系统的设计与实现引言
变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备经过功能组合和优化设计，综合利用先进的多种学科技术，集成于一体的自动化系统。
从系统的结构看，全分散式的设计思想越来越显现出优越性。
由于变电站的数据量和信息量大，实时性要求高，则将高性能DSP应用于变电站综合自动化的设计方案中。
其内部哈佛结构使数据空间和程序空间分离，独立的总线和程序总线允许程序数据同时操作；具有独特的逆寻址方式，能高效的进行快速傅立叶变换运算降低了软件的编写困难；采用内存映射方式管理I/O，能灵活方便的扩充外围电路。
1 系统的整体结构设计
采用TI2000系列的TMS320F2812芯片为核心处理器，整体采用全分散式结构，集监测、保护、控制、远动等为一体的综合系统。
系统整体结构如图1所示：
主要保护和测控单元有：(1)线路保护和测控单元；(2)主变差动和测控单元；(3)主变后备保护和测控单元；(4)电容保护和测控单元；(5)备用电源自投和测控单元；(6)电动机保护和测控单元；(7)PT保护和测控单元；(8)中央信号单元；各个保护和测控单元分散安装在监控室或一次设备附近，便于安装，维护管理。
监控主机发命令给各个单元和远方调度集控中心，进行实时数据传输和信息交换。
2 各单元硬件电路设计
本系统各个保护和测控单元的硬件结构相似，分模拟量输入，核心处理器，开关量输入、输出，人机接口，通讯和电源模块六大部分。
系统的硬件结构如图2所示：
2.1 模拟量输入
模拟量有线路电压、电流，及其频率，变压器油温、变电站室温等等。
电力系统的电压电。
2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛项目报告题目：基于TMS320F2812的节能环保型矩阵式变频器的开发学校：西安理工大学组别：专业组应用类别：先进控制类平台：C2000题目：基于TMS320F2812的节能环保型矩阵式变频器的开发摘要本设计以双级矩阵变换器（TSMC）为研究对象，整流级采用四步换流算法，逆变级采用过调制算法，使TSMC电压传输比从0.866提高到0.955。
以TMS320F2812 DSP为控制核，搭建了实验样机，设计了包括输入滤波器、箝位电路、双向开关驱动电路等。
编写了系统软件，并进行了软硬件联机调试。
实现了0.5-50Hz U/f变频调速及按键和电位器两种调速方式。
AbstractTwo-stage Matrix Converter(TSMC) is researched in this design. The Four-Step commutation algorithm is adopted in its rectifier, and the overmodulation strategy is adopted in its1inverter,which raising the voltage transfer ratio from 0.866 to 0.955.The experimental prototype of the DSP of TMS320F2812 based control system was constructed.This design designed several important components of the prototype,such as input filter,clamp circuit and driver circuit of bidirectional switchs.The control of system software was written, and its hardware and software were debugged. The variable frequency speed algorithm is carried out, and the two modes of speed regulation of keystoke and electronic equipment can be selected.1.引言随着电力电子技术的迅速发展，交-直-交电压型变频调速装置已经广泛地应用于交流调速系统中，但由于装置中多数应用了二极管桥式不控整流，所以输入电流谐波含量大、功率因数低。
第10卷第4期2011年8月淮阴师范学院学报(自然科学)JO URNAL OF HUAIYIN TEACHERS CO LLEGE (Natural Science) Vol 10No 4Aug.2011基于TMS320F2812的变压变频电源设计潘 建(淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,江苏淮安 223300)摘 要:基于TMS320F2812DSP 的智能化特点,设计了一种新型变压变频中频电源.该电源采用斩波调压和逆变调频相结合的方法实现变压变频功能,具有电压、频率独立调节的优点.利用面积中心等效法原理产生SPW M 信号,与传统SPW M 方式相比,输出波形具有更好的对称度,显著减小高次谐波分量.为验证理论分析,设计了一台1KW/2KHz 的实验样机.实验结果表明该电源电压幅值和频率可实现独立调节而互不干涉,结构简单,在内圆磨床和电动工具等应用中频电源的领域具有实用价值.关键词:变压变频;正弦脉宽调制;面积中心等效中图分类号:TM46 文献标识码:A 文章编号:1671 6876(2011)04 0307 05收稿日期:2010 12 12作者简介:潘建(1983 ),男,江苏灌南人,助教,硕士,研究方向为电力电子新技术.0 引言传统的内圆磨床电源通常采用旋转机组式,即采用工频电动机 中频发电机 中频电动机的方式来实现钢材的高速打磨,但采用这种方式设备过于笨重且控制精度不高.近些年,随着电力电子技术的发展,提出了静止变流机组式方式,即引入变频电源来对内圆磨床进行控制.传统的变频电源采用V/F 等于恒定的协调控制方式,优点是电路简单,但却具有输出电压幅值和频率相互制约的缺点[1 3].采用对称规则采样法产生SPW M,谐波较大[4 6],难以满足内圆磨床的控制要求.本文设计的中频电源选用TI 公司TMS320F2812DSP 作为主控芯片,利用面积中心等效法产生SPW M 驱动信号,采用斩波调压和逆变调频相结合的方式实现电源的电压幅值和频率独立调节,选用MOSFE T 模块作为开关器件,和IGB T 相比,MOSFET 具有更高的开关频率,可保证正弦电压波形在中频条件下的无失真输出[7],并且系统能够自我检测,可实现过流、过压和过热保护.本文给出系统的理论分析和软硬件设计方法,并给出实验波形并分析实验结果.实验结果证明该系统设计具有良好的运行性能和较高的可靠性.1 电源系统设计1 1系统结构系统结构如图1所示,主开关管(S1~S4)采用MOSFET 构成全桥逆变电路.市网电源U AC 整流后变为直流电压U i ,输入B UCK 电路进行斩波调压变.调压后的直流电压U dc 作为全桥逆变电路的输入.逆变电路在驱动信号的作用下根据正弦波脉宽调制原理(SPWM)将U dc 转换为所需要的正弦波电源.输出电压经隔离取样、信号调理后送给单片机.单片机对取样信号经PI 控制算法处理后输出修正后的SP W M 控制信号,使输出电压稳定在所设定的期望值上.该电源系统的基本功能包括变压变频,过压/欠压保护,过流保护,过热保护,短路保护等.图1 系统结构原理框图1 2 控制策略图2 面积中心等效法原理图1 2 1 斩波电路的PW M 控制本文设计的变压变频中频电源通过B UCK 电路进行斩波调压实现系统的变压功能.与逆变调压相比,斩波调压具有更宽的调压范围,且实现更为方便.只需改变斩波电路的占空比即可改变逆变器输入电压U dc ,从而改变输出正弦波电压的幅值,简化了程序的设计.1 2 2 逆变电路SPWM 控制SPW M 技术是逆变电源的核心,本文所设计的VVVF 中频电源通过对逆变电路SPW M 驱动信号的控制来实现系统的变频功能.本文采用软硬件相结合的方法,利用面积中心等效法,基于TMS320F2812DSP 产生SPWM,实现对整个变频系统的控制.2 SPWM 控制算法选择本文所设计的系统采用面积中心等效法产生SPWM 驱动信号.面积中心等效法原理如图2所示(图2中:S 1= k -1Nk N M sin ( )d ;S 2= (k )*1).将正弦半波分为N 等份,每一等份的正弦曲线与 (令 = t )轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替,即面积等效.第k 等份的正弦曲线与 轴所围平面的面积中心的横坐标为 k ,将作为第k 等份的正弦曲线对应的矩形脉冲与 轴所围平面的中心的横坐标即面积中心等效.这样,用N 个等幅而不等宽的一系列矩形脉冲所构成的波形来等效正弦半波.正弦波的负半周也可用同样的方法来获得等效的矩形脉冲序列[8 10].根据面积中心等效原理,可得 (k )= k -1N k N M sin ( )d =M cos k -1N -cos k N(1) (k =1,2,3, ,N -1) k k -1N M sin ( )d =k Nk M sin ( )d (2) k =(3)308淮阴师范学院学报(自然科学)第10卷因此可得SPWM 信号的开关角为:on (k )= k - k 2off (k )= k + k 2(4)式中, (k )为第k 个脉冲的宽度;M 为调制深度,本文设计的中频电源取M =1;N 为载波调制比,即半个周期内的脉冲个数,系统通过调节N 值的大小来实现输出电压的变频功能.3 硬件电路设计3 1 TMS320F2812介绍TMS320F2812是TI 公司推出的一款高档电机控制专用DSP [10],采用先进的静态C MOS 技术,性能高达150MIPS.片内含有非易失性的程序和数据存储器,包括128K 的系统内可编程FLASH,4K 的EEP ROM,8K 的SARAM 和多达1 5M 的优化的外部存储器空间,同时可以通过SPI 实现系统内编程.TMS320F2812含有3个32位定时器/计数器,这些定时/计数器都具有独立预分频和比较器功能,因此可方便地产生12路PWM.DSP 同时还具有16路12位ADC,可灵活地实现反馈电压信号的采样.3 2 驱动电路设计驱动电路采用IR2110芯片.IR2110内部应用自举技术来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高端与低端的通道信号,它的内部为自举操作设计了悬浮电源,悬浮电压保证I R2110直接可用于母线电压为-4~+500V 的系统来驱动功率MOSFE T,其电路原理图如图3所示.3 3 保护电路设计中频电源的保护功能是通过TMS320F2812的I/O 端口来实现的.首先通过传感器检测直流母线电压、电流和电源温度,经过比较放大单元分别形成控制信号,接到DSP 的I/O 端口.当出现过流、过压和过热其中任何一种情况时,DSPI/O 口检测到高电平,PW M 输出封锁,中频电源停止工作.其电路原理图如图4所示.图3 驱动电路原理图 图4保护电路原理图4 软件设计4 1 软斩波调压PWM 信号产生利用16位定时器/计数器来产生软斩波调压PWM 信号.首先设置状态控制寄存器来确定波形产生模式和PWM 的输出频率,本文设计方法采用快速PW M 模式,PW M 输出频率设定为10K.其次设置输出比较寄存器,由此来确定输出PW M 信号波形的占空比.本系统是通过改变PW M 信号的占空比来实现软斩波调压的,因此只需调用中断程序,改变比较寄存器的值,便可改变PWM 的占空比,由此实现系统的调压功能.309第4期潘 建:基于TMS320F2812的变压变频电源设计4 2 逆变调频SPW M 信号产生图5 系统主程序流程图由SPW M 调制原理可知,保持载波频率不变,改变载波调制比可以得到频率变化的输出电压波形.为了实现调频功能,以及减小SPW M 输出滤波后的正弦波畸变率,在软件设计中通过实时计算和查表法共同作用利用16位定时器/计数器来产生SPW M 信号.通过设置状态控制寄存器来确定波形产生模式和频率,的本文设计方法采用相位和频率可调模式,SPW M 频率设置为100K.在进行调频时,首先根据要求进行实时计算,计算出载波调制比N =f C /f S ,其中f C 为SPWM 频率,f S ,为所要产生的正弦电压频率.然后再根据公式(1)计算出脉冲宽度,生成对应的计数数组.将数组中的值写入输出比较寄存器中,周期性地改变PWM 脉冲的宽度,便可生成所需的SPW M 脉冲信号,从而实现系统的调频功能.系统流程图如图5所示.图6 逆变电路滤波输出正弦波5 实验结果根据实验的要求,依照以上的设计方法研制了一台1KW/2KHz 的变压变频电源实验样机.主要实验参数如下:交流输入220V/50Hz,输出滤波电感2m H,输出滤波电容10uF/1000V.系统针对固定电压不同频率,固定频率不同电压两种设定进行了实验(电压30V/div;时间2ms/div),得出实验波形(图6).图6为输出滤波后的输出电压,从实验波形可以看出,在额定负载下,当输出频率单独变化时,输出电压幅值基本不变;当输出电压幅值单独变化时,输出频率基本不变.在保证输出波形无失真情况下,电压幅值可在0~200V,频率在0~2KHz 范围内独立调节.6 结语本文采用TI 公司推出的TMS320F2812DSP 作为主控芯片设计的变压变频中频电源电压幅值和频率可实现独立调节而无不干涉,具有可靠的运行性能.本系统设计的中频电源可实现远程控制,智能化310淮阴师范学院学报(自然科学)第10卷管理,是专用于中频电机的驱动电源,在内圆磨床、电动工具等应用中频电机领域具有推广应用价值.参考文献:[1] Zhao L M,Chan H H.Design of an opti mal V/f con trol for a Super high speed Permanent Magnet Synchronous Motor [J].Industrial Electronics Conference,2009(3):2260 2263.[2] 张蓉.数字控制SPWM 逆变器研究[D].南京:南京航天航空大学,2006.[3] Yu Y,Jung S L,Ye H C.Adaptive Repective Control of PWM Inverter for Very Low THD AC Voltage Regulation wi th UnknownLoads [J].IEEE Trans Power Eletronics,2009,14(5):973 981.[4] Zhou K L,Wang D W.Digi tal Repeti tive Con trolled Three Phase PWM Rectifier [J].IEEE Transaction on Power Electronics,2008,18(1):309 316.[5] Huang Y,Shen M S.Z Source Inverter for Residential Photovoltaic Systems [J].IEEE Transactions on Power E lectronics,2006,21(6):275 279.[6] Strong S J.World Overview of Building integrated Photovol taics [M].//Conference Record of the Twenty Fifth IEEE.Washington D C:IEEE,2006:1197 1202.[7] Antonio L,Steven H.Handbook of Photovoltaic Science and Engineering [M].Wiley:Chichester Hoboken,2003:113 117.[8] Peng F Z.Z Source Inverter [J].IEEE Trans Ind Appl,2003,39(2):504 510.[9] Hsiao Y H,Huang M C.Developmen t of MSP430Based Underwater Acoustic Recorder with Mui ti MC U Framework [J].IEEEPress,2007(4):101 106.[10] 徐科军,陈志晖,傅大丰.TMS320F2812DSP 应用技术[M].北京:科学出版社,2010.The Design of Variable Voltage and Variable FrequencyInverter Supply Based on TMS 320F 2812PAN Jian(School of Physics and Electronics Electrical Engineering,Huaiyin Normal Univers ity,Huaian Jiangs u 223300,China)Abstract : A ne w Variable Voltage and Variable Frequency (VVVF)middle frequency supply was introduced based on the intellec tualizedsingle chip TMS320F2812.The supply achieves the function of VVVF adopting the methods of chooper variable voltage and inverter variable frequency.It has the characteristics that voltage regulation and frequency regulation of the supply can implement independently.The theory of SPW M area center equivalent which has greater harmonic suppression is used to produce SPW M drive signal in this syste pared with the traditional SPW M,the output voltage waveform has greater symmetry,and reduces high order harmonic obviously.A sample system of 1KW/2KHz is designed to prove the theoretical analysis.The results of experiments demonstrate that the volta ge regulation and frequency regulation of the supply can imple ment independently without any interac tions,also the new inverter supply has more simpler structure The ne w supply has finer practicability in the fields using middle frequency supply such as internal grinding machine and electric tools.Key words : VVVF;SPWM;area center equivalent[责任编辑:蒋海龙]311第4期潘 建:基于TMS320F2812的变压变频电源设计。
