基于DSP+FPGA的多相變頻控制器設計

3 多相變頻控制器實現

控制器采用型號為TMS320F2812的DSP作為主控芯片，這是一款專為電機控制所設計的芯片，不僅具有運算速度快的特點，而且集成了豐富的片內外設資源。利用TMS320F2812片內集成的16路12 bit A/D，可以對多達16路的電流或電壓進行采樣;TMS320F2812的事件管理器模塊帶有QEP電路，可以對編碼器的正交編碼脈沖進行解碼和計數，從而實現計算電機轉子位置和轉速。

考慮到多相系統需要的資源很大以及功能的擴展，采用Altera公司CycloneII系列的FPGA芯片EP2C35F484作為控制芯片，并在外部擴展了100 MHz的有源晶振作為時鐘輸入，以提高控制精度。FPGA在完成PWM信號產生的同時，還兼顧故障保護的任務，當接收到某一相的外部故障信號時，封鎖這一相的PWM信號。硬件的實時保護，提高了控制器的可靠性。

3.1 DSP與FPGA的通信接口設計

為了保證DSP和FPGA通信的快速性，DSP利用外部接口(XINTF)模塊與FPGA的用戶I/O口相連。由于選用的芯片兩者接口電壓都為3.3 V，故將DSP外部接口(XINTF)模塊的16 bit數據總線、19 bit地址總線與寫信號線XWE和FPGA的用戶I/O口直接相連，實現并行通信。

XINTF寫周期時序如圖5所示[6]。從圖中可以看出，在XWE的下降沿時刻，地址線XA的信號已送到總線上，而數據線XD的信號剛送到總線上;在XWE的上升沿時刻，地址線XA和數據線XD的信號均存在于總線上一段時間，而且已經穩定，所以令FPGA捕捉XWE的上升沿，在此時刻讀取信號，以保證DSP和FPGA通信的準確性。

通過DSP和FPGA的并行通信實驗，得到如圖6所示

的FPGA 在線接收到的由DSP 發送出的遞增數據( 地址和數據相同) 實測信號圖， 與分析結果相符。

3.2 軟件設計流程

系統軟件部分主要由主程序和中斷服務程序構成。主程序包括對DSP 中斷、外設以及FPGA 調制策略的初

始化; 中斷服務程序主要完成恒壓頻比控制算法、速度閉環PID 調節器的控制算法以及刷新頻幅寄存器。其程序流程圖分別如圖7 、圖8 所示。

4 實驗結果

利用本文方法設計的控制器產生5組、每組3相(即15相SPWM)信號，組內相移設為120°，組間相移設為72°。圖9為利用FPGA的輸入口觀測15相SPWM的15個上橋信號的波形，圖10為利用示波器觀測組內相移120°的兩路SPWM信號波形，圖11為組間相移72°的兩路SPWM信號波形，圖12為同一相上下橋SPWM信號的波形。

本文提出了一種基于DSP和FPGA的多相PWM信號實現方法，并設計實現了多相變頻控制器。此控制器可以對多種相數的電機進行變頻控制和多種控制方法的選擇，雖然目前還不夠完善(如無法實現矢量控制)，但是其通用性和靈活性為多相電機的研究提供了一個良好的實驗平臺。