電動(dòng)馬達(dá)的年產(chǎn)量高達(dá)數(shù)千萬(wàn)，廣泛用于諸如電氣設(shè)備、汽車、辦公、儀表以及廠房等各種領(lǐng)域。越來(lái)越多的馬達(dá)開始采用控制技術(shù)，以能夠針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)性能，并盡可能降低功耗。此外，廣大消費(fèi)者與相關(guān)政府法規(guī)也都要求馬達(dá)運(yùn)行比以前更安靜、更安全。變速驅(qū)動(dòng)控制 （VSD） 與位置控制這兩大類型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都在向更先進(jìn)的數(shù)控方向發(fā)展，以便進(jìn)一步提升性能。

　　DSP控制器概述

　　先進(jìn)的馬達(dá)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)與硅芯片技術(shù)以及軟件的高度集成，以便在提升性能的同時(shí)顯著節(jié)約成本。先進(jìn)控制器采用的技術(shù)可提高性能與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的工作特性。數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP） 的新型可編程數(shù)字控制器為馬達(dá)控制系統(tǒng)工程師提供了必要的工具，能夠滿足當(dāng)前不斷提高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)要求。設(shè)計(jì)人員可充分發(fā)揮 DSP 自身的創(chuàng)新功能，包括可編程性、強(qiáng)大的計(jì)算功能以及實(shí)時(shí)控制功能等。

　　實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求馬達(dá)控制器提供如下性能：具有產(chǎn)生多路高頻，高分辨率脈寬調(diào)制（PWM）波形的能力；實(shí)現(xiàn)需要轉(zhuǎn)矩、在線參量和適應(yīng)及提供精密速度控制的先進(jìn)算法的快速處理；具有從同一控制器提供馬達(dá)控制、功率因數(shù)校正（PFC）和通信裝置的能力，能過降低元件數(shù)、簡(jiǎn)單板布局和容易制造使盡可能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)完整方案；允許用改變軟件代替重新設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)將來(lái)產(chǎn)品改進(jìn)的靈活方案。

　　PFC是電腦電源中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，全稱是電腦功率因素，簡(jiǎn)稱為PFC,等于"視在功率乘以功率因素",即：功率因素=實(shí)際功率/視在功率。

　　馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用DSP

　　TI公司為數(shù)字控制應(yīng)用推出的TMS320C28X400Mips處理能力，它與TMS320C24X源碼兼容。16位C24XDSP芯核具有30Mips處理能力。它內(nèi)含閃存或只讀存儲(chǔ)器。片上大量閃存使設(shè)計(jì)人員可把程序碼存儲(chǔ)在片上，不需外部存儲(chǔ)器。它的重新可編程性為產(chǎn)品開發(fā)和升級(jí)節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。

　　C24XDSP集成有事件管理器，它為驅(qū)動(dòng)各種類型馬達(dá)提供PWM輸出和I/O性能。PWM靜區(qū)產(chǎn)生單元保護(hù)功率晶體管，事件管理器提供兩個(gè)輸入做為正交脈沖編碼器直接輸入。

　　控制系統(tǒng)要求能感測(cè)電流、電壓和濕度的各種變化，C24XDSP中的多通道10位A/D變換器（變換時(shí)間500ns）具有這種能力。外設(shè)可選擇串行通信端口。

　　系統(tǒng)描述

　　多功能ac感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)可用TMS320F420做為控制器。

　　3相馬達(dá)反相器用來(lái)自DSP的6個(gè)PWM輸出，用片上提供的軟件可編程靜區(qū)單元產(chǎn)生靜區(qū)。25齒鏈輪為DSP收集單元提供速度輸入。

　　功率因數(shù)校正用升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)。升壓變換器的電源開關(guān)用DSP另外PWM通道控制。用簡(jiǎn)單的電壓分壓器和分流電路調(diào)理和輸送不同的電壓和電流到A/D變換器。

　　驅(qū)動(dòng)用三個(gè)軟件模塊：用于馬達(dá)控制的閉環(huán)間隔向量PWM（SVPWM）模塊；改善系統(tǒng)輸入功率因數(shù)的功率因數(shù)校正模塊；串行通信模塊。

　　SCPWM的實(shí)現(xiàn)

　　SVPWM的主要思想是：以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤其準(zhǔn)確磁鏈圓。

　　為了保證有效供給馬達(dá)能量，采用正確的反相器開關(guān)轉(zhuǎn)換方法是重要的。間隔向量脈沖寬度調(diào)制是開關(guān)轉(zhuǎn)換方法的一種，它比簡(jiǎn)單和低效率的方法（如正弦PWM）具有確定無(wú)疑的好處。SVPWM具有較多的dc總線利用率和較低諧波銅損耗。對(duì)于一給定的dc線電壓輸出，SVPWM可使3扼殺馬達(dá)功率輸出比正弦PWM供電馬達(dá)提高16%.

　　用間隔向量PWM實(shí)現(xiàn)的V/Hz控制系統(tǒng)框圖示于圖1.

　　功率因數(shù)校正

　　功率因數(shù)校正在世界市正在成為一個(gè)重要的產(chǎn)品特性，歐洲IEC和美國(guó)IEEE正在為限制離線設(shè)備中諧波電流制定標(biāo)準(zhǔn)。

　　很多新電子產(chǎn)品需要具有近似1的功率因數(shù)和無(wú)失真電流輸入波形。一般ac/dc變換器用帶電容器的二極管橋整流器從ac線電壓汲取功率。采用整流器/電容器輸入濾波器的離線設(shè)備中的輸入電流波形是窄脈沖。因此，由于電流波形的離諧波失真使功率因數(shù)很壞。

　　升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用單一功率開關(guān)改善輸入功率因數(shù)（見圖2）。功率開關(guān)控制能量流。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流在升壓電感器中聚集而二極管保持關(guān)斷。當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在電感中的能量通過二極管充電dc鏈路電容器。按照所希望的電壓可控制電感器電流。對(duì)于功率因數(shù)校正，通常按照整泫電壓控制電感器電流，而ac端電流與ac線電壓相同。

　　升壓變換器的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于任何遠(yuǎn)源濾波器。

　　結(jié)語(yǔ)

　　價(jià)廉DSP正在變?yōu)槌杀久舾袘?yīng)用的合適選擇。這類控制器足夠的帶寬和片上外設(shè)能實(shí)現(xiàn)單征馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的多功能要求?？梢詫?shí)現(xiàn)的功能是：馬達(dá)控制，功率因數(shù)校正和通信協(xié)議。