以单一DSP控制多重三相逆变器

    多数新型电机控制方案均利用数字信号处理惩罚器（DSP）为电机的矢量控制提供所需的谋略本领。由于矢量控制必要相称强大的处理惩罚本领和外围资源，因而迄今为止的计划经历仍主张每台逆变器和电机都拥有专门从属于本身的DSP控制器。近来，DSP的处理惩罚本领和外围资源已提拔到足以轻松控制两台电机的程度，乃至另有潜力处理惩罚更多电机。采取单一DSP控制器控制两套三相逆变器的开端实践已经表明此举可行，样板中包括实现双永磁同步电机（PMSM）驱动的完备体系及DSP接口。

　　利用单一DSP控制两台永磁同步电机(PMSM)的硬件实行装置包括两台电机,两块逆变板以及一块单一的D S P 开辟板(TMS320F280eZdsp)。

　　由标量控制升级到矢量控制可以明显进步电机运行服从，并容许采取更小、更自制的电机，从而有利于节能。矢量控制可以或许天生得当的磁场矢量，控制电机的转矩和速率，不过，也必要相称强大的处理惩罚本领，以实现为每台电机天生精确脉宽调制（PWM）输出所需的控制算法。当前，在典范电机的控制应用中，每台逆变器必要20到25 MIPS的处理惩罚本领，别的，驱动每台逆变器还必要一个单独的编码器接口模块和六路PWM输出。

　　已往的要领

　　上述苛刻请求每每意味着每台电机的应用体系均需采取一个单独的DSP来控制，当应用中只包括单台电机时，题目并不突出，然而对付大多数多重电机应用而言，就显得累赘并且昂贵了。典范的多重电机应用包括工程机器、暖通空调配置（HVAC）、汽车以及其他很多应用。如今，开始辈的DSP的处理惩罚本领高达100到150 MIPS，这无疑进步了以单一DSP控制多台电机的大概性。究竟上，针对此类应用的DSP已经开辟完成，片内具有多组编码器接口和数量浩繁的PWM输出。

　　双驱动电机控制体系的布局图给出了来自每台电机的编码器信号输入和两套逆变器的各相驱动。

　　硬件形貌

　　双电机控制体系的硬件包括两台三相PMSM电机，每台电机连接着一套三相电压型PWM逆变器，全部逆变器以单一DSP控制器（Texas Instruments TMS320F2808）分别控制。片内模仿数字转换器记录各相电流和直流母线电压信息，以及来自两台逆变器的其他数据；内置于DSP控制器的编码器接口模块吸取编码器反馈信息；片内与电力电子相干的外围接口为逆变器提供无缝连接，以有效简化整个体系计划。

　　为天生两套三相电压型逆变器所需的信号，硬件装置采取了六对PWM输出。PWM通道的逆变操纵频率为20 kHz，并逐周期革新PWM调制所需的比较值。主控平台为一块DSP开辟板（TMS320F280eZdsp），正弦换相的八极三相永磁电机（Applied Motion A0100-103-3-000）采取两千线编码器，DSP的片上正交编码器脉冲（QEP）接口与每台电机的编码器相连。

　　软件开辟

　　采取C代码编写的模块化软件有利于将来扩展为以停止办事步伐（ISR）为内核的驱动应用软件。由背景循环构成的主步伐只是大略地初始化外围配置，包括锁相环、看门狗、停止控制和变乱办理器等。别的代码包括PWM停止办事步伐等。各自电机体系的定时停止于每个PWM周期调用停止办事步伐。

　　独立控制两台三相PMSM电机必要实现两套磁场控制算法，针对两台电机的全部谋略必须在每个PWM周期之内完成，并周而复始地多重调用软件模块，因此有须要清楚地定义每个模块的输入输出，以便于在差别体系间实现模块重用。全部谋略均采取定点算法以简化运算请求。

　　电机控制算法

　　闻名的Carke-Park更改构成了磁场定向控制（FOC）算法，将三相电流矢量由三相静止坐标系更改到两相旋转坐标系中，再由独立的比例得分微分（PID）调理器分别处理惩罚更改后的正交分量，末了PWM开关模式更改器根据编码器反馈信息谋略得到的磁通角度将PID调理器输出再度转化回三相静止坐标系中去。

　　PID模块控制着PWM占空比，以调理施加于电机的电压。连接于电机轴真个光电编码器输出正交脉冲， QEP模块吸取该脉冲，以谋略转子的位置和旋转速率。 

　　TMS320F 28XX 的内部布局图表现了外围接口、外围总线和片内存储器,此中外围接口上部的六相PWM接口和两套QEP 接口使得单一DSP 可以或许控制两台电机。

　　依据前面形貌的算法，为实现调速运行，必要以PID调理模块谋略PWM比较寄存器的值。全部算法以20 kHz的频率运行，并于每个PWM周期革新PWM占空比。为第二台电机重复此进程，可实现以单一DSP控制器提供双电机独立驱动的完备控制。

　　定点算法开辟

　　一种称为IQMATH的专用定点数学函数库，可基于DSP硬件和编译器优化算法性能。IQMATH由高度优化的高精度数学函数集构成，可以用C/C++计划将浮点算法无缝地转化成DSP的定点代码。IQMATH步伐使得以类浮点格局编写定点步伐成为大概，该步伐还能处理惩罚在定点编程中必要分外思量的饱和及溢出题目。并且，IQMATH步伐分外实用于必要极高实行速率和运算精度的谋略麋集型及时应用。

　

　　每台电机的磁场定向控制都采取一组正交编码器脉冲和Clarke-Park 更改

　　根据利用过的软件模块定义可以创建一种特别数据布局，使多次重用软件模块成为大概，从而可以根据实现整个体系所必要的次数重复引用目标模块。在双驱动体系中，大略地定义得当的数据范例，就可以将所需模块引用两次。实现双重算法约莫会斲丧DSP片内63 kW Flash和18 kW RAM内存资源中的4 kW步伐空间和0.5kW数据空间。

　　多重逆变控制器则必要为每台电机配置专用的妨碍检测信号吸取引脚。

　　在多重逆变驱动中，妨碍办理必要重点思量。操控单一逆变器的传统DSP控制器通常只是包括单一的妨碍办理体系，出现妨碍时就关断控制器。多重逆变控制器则必要为每台电机配置专用的妨碍检测信号吸取引脚，比方：大概必要六个引脚分别映射两台电机中每台的过压、过流和过温传感器。单一电机的三个引脚共同连接到一个逻辑或模块上，当任意一个引脚出现由低到高或由高到低的变革时，就孕育产生一此停止，关断相应电机的PWM输出。

　　试验结果

　　双电机驱动体系的软件开辟是分阶段完成的，可以明显缩减调试所必要的时间。递增式的软件构建进程一次只测试少许软件模块，只有前一阶段完成之后，才进入下一级事变，最闭幕果是告成地完成了每台驱动的独立控制 。用失的MIPS处理惩罚本领远远低于DSP控制器可提供的100 MIPS，剩余带宽可以轻松地用来构建更多的附加成果。

　　PMSM电机的矢量控制具备公认的性能良好性，然而一片传统控制器只能以有限的带宽和片表里围资源实现单台高性能驱动，另一方面，为每台电机单独提供驱动控制也会增长整个体系的本钱。最新一代DSP控制器致力于办理本钱题目，通过提供更强大的处理惩罚本领，多重编码器接口以及数量浩繁的PWM输出，可以餍足两台乃至更多电机的控制必要。DSP内核连合须要的外围接口可以简化计划进程，并为实现附加驱动特性提供选择余地。要是单一DSP控制器有本领操纵多达四套三相电压型逆变器，就可以彻底低落利用多台电机的机器和运输配置的本钱和占地空间。