基于单DSP的交流感应电动机自动控制技术研究

2019-03-23王喜柱

通信电源技术 2019年2期

王喜柱，侯姗

（晋中职业技术学院，山西晋中 030600）

0 引言

电子及电子计算机控制等先进技术的出现和发展，促使交流感应电动机的电流控制要求不断提升。交流感应电动机性能的衡量离不开启动电流和启动转矩。传统提高交流感应电动机性能的方法只能提高性能，而其他方面会影响电动机的运行结构和持久性。数字信号处理器（简称DSP）的内核具有高效处理能力，拥有面向电动机的专用设备。DSP技术和交流感应电动机相结合，可提高电动机性能，实现电动机的自动控制，简化控制器的设计，促使电动机成为全数字系统[1]。

1 基于单DSP技术的硬件设施

电动机硬件设施包括主电路、处理器及电路测量三部分。

（1）主电路。采用智能型功率设置IPM，IPM除包括7个IGBT和其他驱动电路外，还设置了诊断信号。

（2）处理器。选择数字信号处理器（DSP），主要突出了高速计算能力。为完成实时反馈，可将整个处理器的计算周期控制在可调控范围内。

（3）电路测量。只需测量主电路中的电流、直流侧电压以及脉冲。本技术需使用电流感应器检测主电路的电流，以此产生0～5 V的信号。一旦DSP模块感应到由IPM模块进入的信号，可通过数字I/O口获得相应对策，从而保护电路的安全[2]。

2 基于单DSP技术的软件程序

软件设施按照流程分为9步，开始和结束是通用

的固定程序。在整个程序中，有3个判断步骤，每一个判断步骤都有其存在的必要性。初始化设置可防止上一计算结果继续记忆在程序中而影响本次计算结果，在初始化设置下加入判断步骤可再一次确定是否已初始化。通过计算后设置判断步骤，可检验计算结果。若计算结果确定，则继续运行。采用是否中断程序改变电压量，记录主电路电流，保证程序稳定运行，以增加自动控制的可依靠因素。

3 基于单DSP自动控制的实现

3.1 电流采样

通过软件程序计算时，需要电流值作为输入值。因此，使用电流传感器收集电流，并使用PWM脉冲模块生成电流，实现开关的稳定电源输出。电流传感器在测量电压或者电流时，电流反应信号较强，各电路间互不干涉，精准度高，线性度好，适用于任何波形测量，使用范围更广[3]。

由于电流感应器要求输入的是0～5 V的单极信号，需在输入前将输出的电流信号改为电压信号，再通过IPM输入到DSP。设定电动机的最大电流为6.5 A，当I=6.5 A时，对应的电压值输入为5 V；当I=-6.5 A时，对应的电压值输入为0 V；保证有正负极性的双电流信号转换为单信号输入DSP。

3.2 速度的检测

检测速度方法一般分为D法和G法两种，分别对应低速和高速两种情况。实验中的PWM模块每转可产生1 224个脉冲，通过DPS计算得到4 269个脉冲。在固定时间的情况下，检测到的周期是400 μs，可直接采取G法测速。通过整流器使脉冲上下趋向均衡，平缓波动值，达到双倍频数，计算结果精准度更高。

3.3 数据格式

为提高计算精准度，并综合考虑系统的稳定性、优化性及准确性等因素，选择非定点式DSP中的TM205型号作为主计算设备。在提高精准度方面，还采取了3种集中方法。

（1）使用交流感应电动机的标准模型。所有变量都基于标准值，所有数值维持在标准范围内，偏差变小，可提高DSP计算精度。

（2）采用12 W格式表示操作数。由于数据范围较大且各个模块中涉及的变量是非定点，为使计算结果在可预测的较小范围内且不失精度，采用12 W格式的非定点数表示。这种格式不仅可表示稳定变量，而且可表示动态变量。

（3）所有步骤都按照既定的硬件设施和软件设置顺序。一旦发生故障，故障检测器会检测并请求主机进行判断，具体如表1所示。

表1 故障记录表

上传故障代码时，以周期性上传为标准上传方式，以第一次上传的时间为参考时间，不重复上传。故障状态激活后，立即采取相应的措施并传输报告。报告中应包括故障级别和采取措施，以便后期记录、故障排除及系统优化。

3.4 计算模块

逆变器需符合两种情况。第一种是在某一时刻有两个开关一直处于打开状态，剩下的两个开关必须关闭；第二种是上下线路不能同时导通，此时4个电极管有6种开关组合——K1（001）、K2（010）、K3（100）、K4（101）、K5（110）、K6（011）。计算任何情况的电动机电压量都通过相邻变量下的基本变量进行预算：