基于DSP的三相异步电机变频调速控制器设计
毕业论文（设计）诚信声明
本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
论文（设计）作者签名：日期：年月日
毕业论文（设计）版权使用授权书
本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。
论文（设计）作者签名：日期：年月日
指导教师签名：日期：年月日
1.要求：系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。
2.概要：
电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是
变频调速技术。本文研究一种基于数字信号处理器（DSP）的三相异步电动机变频
调速系统。
论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的基本原理和控制算法。矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。论文用Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。
在硬件设计方面，系统以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（IPM）PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及DSP 与PC 机通信电路等模块进行设计。在软件设计方面，本文用汇编语言编写基于TMS320LF2407A DSP 的三相异步电动机矢量控制程序，整个矢量控制程序由主程序和中断服务子程序组成。最后构建三相异步电动机变频调速实验装置，在该装置上进行变频调速实验研究。
实验结果表明用SVPWM 技术和矢量控制技术可以成功实现三相异步电动机变频调速功能。采用矢量控制技术后，系统稳态精度高，动态调节时间短、超调量小、抗扰能力强。该变频调速系统的研究与设计为今后开发更高性能的变频调速系统创造了条件。
3.元件及介绍
3.1DSP
DSP全称是：Digital Signal Processing，即数字信号处理的理论和方法。
DSP也可以理解为：Digital Signal Processor，即用于数字信号处理的可编程微处理器。
DSP技术：Digital Signal Process，即是利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理的方法与技术。
3.2电源
本系统采用24V直流电源，通过逆变电路，将直流电变成三相交流电，进而控制三相异步电机。
3.3电机
电机型号及相关参数：YS50-4.40W.36/24V/SI/，2.45A.1400r/min
4.硬件接线图：
4.1总结构框图
注：系统总图见附录
4.2主电路
4.3驱动电路
4.3.1驱动电路
4.3.2电流取样电路（2272）4.3.3REF连接（431）
4.4电源
4.5 485通讯4.6 CAN总线
4.7X25040
4.8译码器（74HC138）4.9锁存器（74HC273）
4.10键盘显示电路4.11DSP
5.相关芯片介绍:
5.1DSP（TMS320LF240xA）
5.1.1芯片特点概述
TI公司的TMS320LF2407A芯片作为DSP控制器24x系列的新成员，是TMS320C2000TM平台下的一种定点DSP芯片。LF2407A芯片提供了低成本、低功耗、高性能的处理能力，对电机的数字化控制非常有用。几种先进外设被集成到该芯片内，以形成真正的单芯片控制器。在与现存24xDSP控制器芯片代码兼容的同时，LF2407A 芯片具有处理性能更好（40MIPS）、外设集成度更高、程序存储器更大、A/D转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品。
TMS320LF240xDSP有以下一些特点：采用哈佛结构。哈佛结构是不同于传统的冯-诺依曼结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。而冯一诺依曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编
址、依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。在哈佛结构中，由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指令和执行能完全重叠运行。为了进一步提高运行速度和灵活性，TMS320DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器中，当执行指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间；流水技术。计算机执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数、执行运算等步骤，需要若干个指令周期才能完成。流水技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。即第一条指令译码时，第二条指令取指;第一条指令取数时，第二条指令译码，第三条指令取指……依次类推，实用流水技术后，尽管每一条指令的执行仍然要经过这些步骤，需要同样的指令数，但将一个指令段综合起来看，其中的每一条指令的执行就都是一个指令周期内完成。DSP处理器所采用的将程序存储空间和数据存储空间的地址和数据总线分开的哈佛结构，为采用流水技术提供了很大的方便；采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减少了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns（40MH Z），从而提高了控制器的实时控制能力；基于TMS320C2xxDSP的CPU核，保证了TMS320LF240x 系列DSP代码和TMS320系列代码兼容；片内有高达32K字的FLASH程序存储器，高达1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM(DARAM)和2K字的单口RAM（SARAM）；两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括:两个16位通用定时器；8个16位脉宽调制（PWM）通道。它们能够实现:三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；当外部引脚PDPINTX出现低电平时快速关闭PWM通道；可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；3个捕单元；片内光电编码器接口电路；16通道A/D转换器。事件管理器模块适合用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器；可扩展的外部存储器（LF2407）总共192K字空间；64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O寻址空间；看门狗定时器模块（WDT）；10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器；控制器局域网络（CAN）2.0B模块；串行通信接口（SCI）模块；16位的串行外设（SPI）接口模块；基于锁相环的时钟发生器；高达40个可单独编程或复用通用输入/输出引脚（GPIO）；5个外部中断（两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）；电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。
5.1.2 SY-MCK2407A(V3.0) 功能框图
