随着电力电子技术、电机控制理论和微控制器的不断发展,现代交流调速技术在国民经济中得到了广泛应用。目前,高性能的调速控制策略和现代控制理论已逐步应用于交流电动机控制领域,普通运动控制系统已不能满足高性能调速控制要求,建立以DSP+CPLD为控制核心的异步电动机控制系统开发平台,对于研究高性能运动控制策略具有重要意义。它不仅可以减小系统体积,而且可以实现复杂的实时控制、提高系统运算能力,此开发平台可方便用户快速完成电机控制系统产品的开发和应用。
1 开发平台硬件总体设计
1.1 开发平台总体设计及特点
该开发平台以三相异步电动机作为被控对象,以控制器TMS320F2812与复杂可编程逻辑器CPLD作为控制核心,主电路为典型的三相交-直-交电压源型逆变电路,二极管构成了三相桥式整流电路,滤波后获得直流电压,由智能功率模块(IPM)作为逆变器的主开关器件,输出一定频率和电压的三相交流电给异步电动机供电。
DSP有丰富的片上资源和高效的数据处理能力,运行速度较快,因此对外围部件快速配合要求也高。如果外围部件采用专门的电路控制,不仅可以对DSP进行更多功能的扩展,而且可以减少系统的复杂程度,提高系统控制精度。
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(1)DSP与CPLD协调控制,可以发挥各自的优点,实现电机的高性能调速控制。
(2)DSP、复杂可编程逻辑器件构成的电机控制系统有着更智能化的发展。
(3)该控制系统开发平台控制方案灵活,可编程性强,预留端口丰富,便于扩展,不仅可以实现对异步电动机的控制,也可以达到对其他高性能电机的控制,系统升级容易,维护性好。
(4)利用该控制系统开发平台,可以缩短产品开发周期、降低开发成本、提高开发效率,并可以在短时间内完成电机控制系统产品的开发和应用。
(5)该控制系统开发平台控制电路开关量形式的输出信号均通过光耦隔离与系统主电路接口,保证了强弱电的隔离,系统稳定性高,能够满足电机控制领域对系统高可靠性的要求。
1.2 各模块电路设计
1.2.1 主电路
主电路为典型三相交-直-交电压源型逆变电路,通过三相不控整流电路向逆变器和开关电源供电。采用智能功率模块(IPM)作为逆变器的主开关器件,其外围元件少、结构简单且可靠性高。同时配备全面的保护措施,保证系统的可靠运行。
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