一、实验平台主电路
实验平台的搭建基于一3kW永磁同步马达,其额定转速为1500r/min,母线电压为540V,其他参数与表3-1相同,实验设定IGBT载波频率为5kHz。图1为永磁同步马达宽范围带载调速系统实验平台。实验平台的硬件主要包括主电路及双向变频器,变频器由马达控制部分、检测部分、通信部分构成。工作台由计算机、数字示波器、接线板、仿真器等构成,软件开发环境为CCS3.3,釆用C语言编写控制程序,实现了对永磁同步马达的宽范围带载调速控制的功能。
图2〜图3分别为实验平台中控制板、IGBT以及马达的实物图。
主电路工作顺序是:马达从静止开始,首先对转子进行定位,确定转子位置后,开始令其升速。额定转速以下使用最大转矩电流比控制算法,可带额定负载稳定运行,之后切入弱磁算法,减小负载,弱磁控制下东莞环球马达可以稳定运行于理论最高转速。
二、实验平台控制电路
实验平台控制电路核心部分为控制板,采用DSP+FPGA结构,包括AD釆样及调理部分、模拟量输入输出部分、PWM信号输出部分、电源部分、开关量输入输出部分等。本文研究过程中,经历控制电路的设计、焊接及调试等工作,不断发现控制板设计中存在的缺陷并予以改进,保证了控制板的可靠性,为后续试验的顺利推进做了很好的铺垫工作。
东莞马达为了更好地介绍控制电路原理,将控制板原理图列出,图5为控制板原理图。图5中的控制板原理图由DSP、FPGA相关电路,电源电路,FPGA输出指示灯,手动复位,12路PWM输出,4路继电器输出,调理电路,通讯隔离电路,底板连接端子,测速电路等构成。
一般情况下,理想的控制系统要求能够快速处理数据,对指令相应快速,延时小,并且复杂算法的处理越快越好,系统选用TI公司研发的TMS320F28335DSP核心处理器。28335能够实现数据的高速处理,处理能力达到了150MHz,其循环时间为6.67ns,并且能够处理浮点型数据,因此28335能够更加快速、简洁的进行数据处理和算法计算。为了更好地介绍DSP原理,将DSP相关电路列出,如图6所示。
实验平台使用FPGA来配合DSP完成相应的一部分功能,系统选用ALTERA公司的EP2C5Q208C7型号的FPGA。该芯片具有大量的宏单元能够使用,其容量使得对外围芯片的控制容易实现,另外EP2C5Q208C7还具有众多的I/O口,这有利于系统数字输入输出功能的实现,另外其高频特性能够满足系统对于快速性的要求。为了介绍FPGA原理,列出FPGA相关电路如图7所示。
本文使用Quartus2软件对FPGA进行编程,可起到对PWM信号的保护,封锁作用,管脚配置如图8所示。分别对FPGA的EPWM、A1〜A19、XRD、XWE等管脚进行了配置,其逻辑程序图如图9所示,该程序实现了对六路PWM信号的保护,防止PWM信号错误时对马达的控制,可有效避免软、硬件的损坏,当发出的PWM信号使得同一桥臂的IGBT导通,立刻封锁DSP,以防IGBT击穿,保护实验平台。
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