異步電動機控制系統開發平臺設計研究

摘要 普通的運動控制系統片上資源少、處理速度慢，難以實現較大信號實時處理的需求，已不能滿足高性能的交流調速控制策略和先進的控制算法，在異步電動機中的運用。研究開發基于DSP TMS320F2812與CPLD為控制核心的異步電動機控制系統開發平臺，利用該平臺可快速完成電機控制系統產品的開發應用。介紹了該開發平臺的軟硬件設計，系統具有較強的擴展功能、靈活性及應用價值。
關鍵詞 TMS320F2812；EPM57OZM144C7N；異步電動機；開發平臺

隨著電力電子技術、電機控制理論和微控制器的不斷發展，現代交流調速技術在國民經濟中得到了廣泛應用。目前，高性能的調速控制策略和現代控制理論已逐步應用于交流電動機控制領域，普通運動控制系統已不能滿足高性能調速控制要求，建立以DSP+CPLD為控制核心的異步電動機控制系統開發平臺，對于研究高性能運動控制策略具有重要意義。它不僅可以減小系統體積，而且可以實現復雜的實時控制、提高系統運算能力，此開發平臺可方便用戶快速完成電機控制系統產品的開發和應用。

1 開發平臺硬件總體設計
1．1 開發平臺總體設計及特點
該開發平臺以三相異步電動機作為被控對象，以控制器TMS320F2812與復雜可編程邏輯器CPLD作為控制核心，主電路為典型的三相交-直-交電壓源型逆變電路，二極管構成了三相橋式整流電路，濾波后獲得直流電壓，由智能功率模塊(IPM)作為逆變器的主開關器件，輸出一定頻率和電壓的三相交流電給異步電動機供電。
DSP有豐富的片上資源和高效的數據處理能力，運行速度較快，因此對外圍部件快速配合要求也高。如果外圍部件采用專門的電路控制，不僅可以對DSP進行更多功能的擴展，而且可以減少系統的復雜程度，提高系統控制精度。
復雜可編程邏輯器件有豐富的邏輯資源，更適合完成各種算法和組合邏輯。具有I／O口多、設計靈活、規模大和速度快、邏輯處理能力強大的優點，若用其單獨構成變頻調速系統，開發周期長且成本昂貴。Altera公司的MAX IIZ CPLD具有多種關鍵優勢。在單個器件中實現了高級功能和零功耗。在高級系統特性上都超出了傳統宏單元CPLD，這些特性包括用戶閃存、內部振蕩器、成本優化、更大的密度、更小的封裝以及更低的功耗等。基于上述原因，并考慮系統后續開發的通用性和各種不同控制方案的實現，控制電路以DSP+CPLD作為控制核心，采用
TMS320F2812芯片實現異步電動機各種復雜控制算，CPLD實現外圍電路的邏輯控制。不僅滿足了系統控制的高性能要求，而且減輕了DSP處理負擔，使得DSP可以集中處理系統控制算法，簡化了邏輯電路，提高了電機運行的可靠性。
基于TMS320F2812+CPLD的異步電動機控制系統開發平臺硬件原理，如圖1所示。

與普通控制系統相比，該控制系統開發平臺有如下特點：
(1)DSP與CPLD協調控制，可以發揮各自的優點，實現電機的高性能調速控制。
(2)DSP、復雜可編程邏輯器件構成的電機控制系統有著更智能化的發展。
(3)該控制系統開發平臺控制方案靈活，可編程性強，預留端口豐富，便于擴展，不僅可以實現對異步電動機的控制，也可以達到對其他高性能電機的控制，系統升級容易，維護性好。
(4)利用該控制系統開發平臺，可以縮短產品開發周期、降低開發成本、提高開發效率，并可以在短時間內完成電機控制系統產品的開發和應用。
(5)該控制系統開發平臺控制電路開關量形式的輸出信號均通過光耦隔離與系統主電路接口，保證了強弱電的隔離，系統穩定性高，能夠滿足電機控制領域對系統高可靠性的要求。