基于DSP和FPGA的三相異步電機矢量伺服系統

2.2功率電路
整個主電路先經不控整流，后經全橋逆變輸出。功率變換電路中采用三菱公司的一體化智能功率模塊（ASIPM）PS12036。該模塊采用15A，1200V的功率管，內部集成了驅動電路，并設計有短路、過電流、欠電壓等故障檢測保護電路。系統電源采用變壓器降壓隔離二極管整流濾波后由線性穩壓電源和開關電源為各部分提供電源，主要包括DSP和FPGA.、電流采樣和處理電路、光電編碼器接口電路、7路PWM信號的驅動電源、串口電路和保護電路。

2.3電流采樣電路
本系統的設計要求采樣三相電流，采樣電路采用霍爾傳感器并經AD模擬電路限制在0V～3.0V的電壓范圍內，然后送人DSP的AD轉換器中。

2.4轉子速度位置檢測電路
電機反饋采用增量式光電編碼器，該編碼器分辨率為2000線/轉，輸出脈沖信號A、B、Z，信號A、B相位依次相差90°（電角度），DSP通過判斷A、B的相位和個數可以得到電機的轉向和速度。Z信號每轉一圈出現一次，用于位置信號的復位。光電編碼盤脈沖信號經過接口電路隔離電平轉換后送入DSP，經內部QEP電路實現四倍頻，因此電機每圈的脈沖數是8000線/轉。

3系統軟件實現方案
本系統的軟件在結構上可分為主程序和PWM中斷服務子程序。主程序只完成系統硬件和軟件的初始化任務，然后處于等待狀態。完整的磁場定向實時矢量控制算法在T1定時器下溢中斷服務程序中實現。
位置速度的采樣利用DSP的QEP單元，為了電動機轉速的穩定采用了變周期采樣對不同速度段的采樣周期不同。電流采樣利用TMS320F2812自帶的AD轉換模塊，同時對信號進行數字濾波。電流環和速度環采用的是PID調節器；為了實現位置跟隨的快速性和無超調性，位置環采用變比例調節器。空間矢量PWM（SVPWM）根據逆變器的開關邏輯將轉子磁場空間劃分為6個區域，在各區域對定子電壓矢量進行分解，從而得到產生實際PWM波形所需的參數。
為了提高數字的表示范圍和運算的精度，增強程序的可移植性，將運算量進行標幺化處理，就是將運算量與其最大值或額定值進行比較，這樣預算量都化為小數，為了滿足TMS320F2812的定點運算的要求，利用IQmath程序庫中_iq（）可將小數轉成整數形式，即小數的Q格式[5]。這樣浮點運算就轉換為速度快得多的整型運算。

4實驗結果及結論
本實驗ASIPM選用三菱公司的PS12036,實驗電機的額定功率2.2kW,額定線電壓380V，額定頻率50Hz，額定電流4A，Y型接法。SVPWM波的載波頻率為10kHz。實驗波形如圖7，圖8所示。這些波形驗證了SVPWM的正確性，且逆變器輸出電流的諧波成分減小，說明了該系統控制精度高，具有良好的動、靜態特性。