1 引 言
直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的交流調(diào)速技術，它直接在定子坐標系下分析交流電機的數(shù)學模型，控制電動機的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，簡化了系統(tǒng)的結構。但是直接轉(zhuǎn)矩控制強調(diào)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈控制，對轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈空間位置計算精度要求很高，因而系統(tǒng)構成比較復雜，要實現(xiàn)有效的直接轉(zhuǎn)矩控制，高性能的單片機是必不可少的。德州儀器的TMS320F240數(shù)字信號處理單片機專門針對電機控制系統(tǒng)設計，本文介紹它在直接轉(zhuǎn)矩控制中的應用。
2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡介
直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理圖如圖1。
圖1 直接轉(zhuǎn)矩控制原理圖
在圖1中，適當控制逆變器的開關Sa、Sb、Sc（包括Sa、Sb、Sc下橋臂非門）的狀態(tài)，就能夠得到八種空間矢量電壓，除兩種是0矢量外，另外六種矢量構成正六邊形的六條邊，在異步電機上得到旋轉(zhuǎn)的定子空間磁場，并且通過0電壓矢量調(diào)節(jié)定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度。
為了得到圖1中的正六邊形軌跡磁場（用來替代三相交流電產(chǎn)生的圓形軌跡磁場），確定磁場的空間位置成為重要的工作環(huán)節(jié)。根據(jù)－isRs）dt可以求出定子磁場的大小，但為了減少電壓和電流傳感器的數(shù)量，通常只使用兩相傳感器，通過計算再得出另外一相電壓和電流。
3 控制系統(tǒng)的硬件組成
本系統(tǒng)以TI公司的TMS320F240數(shù)字信號處理單片機為核心，控制日本FUJI生產(chǎn)的IPM（智能功率模塊），從而把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流矢量電壓，驅(qū)動異步電機運轉(zhuǎn)。其基本工作過程是：首先根據(jù)外部給定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩要求，計算出定子磁場的幅值，然后建立定子磁場，最后施加工作電壓產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)定子磁場。因此，我們按照圖2的硬件結構結合DSP單片機的特點設計系統(tǒng)。
圖2 直接轉(zhuǎn)矩控制結構圖
由于TMS320F240本身帶有A／D轉(zhuǎn)換器，所以我們沒有必要再外加A／D轉(zhuǎn)換。同時，電機的轉(zhuǎn)速采用軟件計算獲得，因而沒有速度檢測環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)硬件最小化。
圖3 系統(tǒng)硬件框圖
圖4 IPM模塊使用電路圖
IPM智能功率模塊是集成功率開關元件，在系統(tǒng)中的位置舉足輕重。FUJI生產(chǎn)的6MBP50RA060型IPM采用低電平有效觸發(fā)，在使用過程中要注意。
4 DSP處理器擴展設計的說明
F240型號的微處理器專門針對電機控制而設計，片內(nèi)集成有許多外設，我們可以利用的有：
（1）兩個十位的A／D轉(zhuǎn)換器，每個A／D轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換八路模擬量，因此，片內(nèi)共有十六路A／D轉(zhuǎn)換通道，不需A／D轉(zhuǎn)換擴展。
（2）16k的閃存EEPROM，可以直接作為程序存儲器，不需要程序存儲器擴展。
（3）數(shù)字I／O接口，在適當寫入IOSR寄存器時，可以當作輸入輸出接口使用，在本系統(tǒng)中，由于直接從I／O接口輸出控制矢量，并且要求控制矢量能夠延續(xù)一個控制周期，所以我們對I／O接口外加了鎖存器。其電路圖見圖5。
圖5 擴展鎖存器電路圖
（4）盡管F240內(nèi)部有產(chǎn)生脈沖信號的PWM發(fā)生器，但是不便于在任意時刻產(chǎn)生任意方向的控制矢量，因而放棄使用。
（5）其它如定時器等，后文給出了軟件代碼。
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