基于数字信号处理器TMS320F241的空调控制系统设计

作者:招生办 发布时间:2019-01-29 23:57 点击数:80次
控制信号SVPWM是DSP使用其内部硬件产生的数字信号。
根据逆变器的运行状态,有八种方式可以打开电源。上臂装置通常显示为“1”,下臂装置显示为“0”。
如图1中,在原点的六个有效矢量(V1 V6?)和两个零矢量(V0 - V7)。将构成基本电压空间矢量。
线性组合可用于获得与电压矢量的基本相位不同的新的空间电压矢量,并最终形成一组幅度相等且相位电压不同的空间矢量,它尽可能接近。
因此,在一个周期内,逆变器的开关状态是等于或大于6,因为某些开关状态被重复多次,所述逆变器的输出电压是一系列相等宽度的脉冲波。而且很广泛。
这形成了具有电压空间矢量控制的PWM逆变器。
可以求解空间电压矢量的定义。
其中T 4和T 6是功率器件4和6在一个周期内的断开时间。
如果T4和T6不足,则插入零向量的补码。
2 TMS 320 F 241结构特征
TMS320F241是TI推出的电机控制DSP芯片。
芯片的执行速度是非常快的,内部使用哈佛多总线结构,水流量,20MHz的的内部时钟频率的,指令周期仅为50ns的[1]。
CPU具有32位中央算术逻辑单元和专用硬件乘法器,在指令周期中对16位执行16位乘法运算。
该内存具有内置8K闪存。
富事件管理器,两个16位的通用定时器,五个比较器中,有三个捕获单元,其中设置有一个正交编码脉冲接口功能2。
还有8个脉冲宽度调制/比较(PWM)通道,8个10位A / D转换器,串行通信接口(SCI)和串行外部设备接口(SPI)。
与TMS 320 F 240相比,它具有需要更少资源来完成紧凑,全功能和控制方案的优点。
3变频空调控制系统。
图2是整个空调控制系统的框图。
该系统永久磁铁空调压缩机,系统板作为核心组成的定子电流检测链路数字信号处理器TMS320F241和智能功率模块PM10CSJ060。
系统板由TMS320F241,外部SRAM和控制信号控制器芯片组成。
所有系统控制设置均通过软件TMS320F241控制器完成。SVPWM信号可以直接广播。在通过光耦合器进行绝缘之后,智能功率模块用于驱动空调压缩机。
该系统中,由于使用的电子元件,诸如永磁体材料和大规模集成电路,不仅节约能源和原材料,产品质量,使用寿命长,也提高了故障率。
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1永磁空调压缩机
在该系统中,永磁同步电动机用作空调压缩机的致动器。
电动机由钕铁硼永磁材料(NdFeB)制成。这样可以减少体积,减少热量产生,并减少热量的产生。用于压缩机的长期运行。
它结构简单,无需机械维护,无需太多维护,相对容易控制,易于实现高性能。
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2检测费
控制系统的执行器使用永磁同步电动机。
当启用正交解码脉冲电路TMS320F241(QEP电路),销CAP1 / QEP0和CAP2 / QEP2经过两个信号的各自的边缘,以产生在上升沿和下降沿的正交脉冲信号(逻辑执行检测,0.4倍的频率信号,以产生一个4频率信号和方向信号被用作一个计数脉冲,地址信号确定内部计数器TMS320F241的计数方向,计数器连续增加/计数我会的。
以这种方式,可以从计算的计数器的值和计数方向导出电动机的速度和方向。
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定子电流检测3
在该系统中,通过使用一个霍尔电流传感器检测两个相电流A,定子电流的B,它通过计算确定当前C相。
在A相的定子电流检测电路,来自传感器的输出反馈信号之后按下25Ω电阻器,并通过电压跟随器和2。
通过添加0到5V的信号获得5 V的模拟位移。
获得的信号可通过引脚ADCIN6和ADCIN3传输至内置于TMS320F241的A / D转换器模块,以获得定子电流反馈信号。
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4驱动和保护
三菱PM10CSJ060的第三代智能功率模块用作空调控制系统主电路的逆变器。从TMS320F241发出的6通道空间矢量SVPWM信号通过电路和光耦合器被隔离为来自智能能量控制器的控制信号。
PW10CSJ060是一款集成元件,可将六个IGBT及其控制器和保护电路集成到同一封装中。
由于高效控制电路与IGBT集成,缩短了设计和产品开发的周期,并且可靠性进一步提高。电流传感器内置于模块中,可检测过流和短路电流。每个IGBT都有一个独立的保护电路,可靠性更高,逆变器静音,开关损耗非常小,频率更高。死区时间可以由模块中的硬件电路产生,但您也可以生成由TMS 320 F 241芯片提供的死区控制单元寄存器。
保护电路用于防止主电路故障,例如过热,过载,短路,低电压。
故障输出信号由光电耦合器隔离,并连接到TMS320F241的PDPINT引脚保护端子。
如果芯片的内部逻辑电路发生故障,则切断SVPWM的输出信号,从而获得空调压缩机的运行保护。
4软件设计
使用TMS 320 F 241软件完成空间磁场定向控制策略。软件控制首先初始化程序并定义常量变量。
然后,输入程序的用户模块,循环等待下溢中断当前SVPWM发生时,在等待时间期间接触所述远程接收器,用户可以调整内部温度设置的值。
当出现下溢中断产生器产生下一个SVPWM信号,在同一个周期内SVPWM空间磁场定向控制算法,在SVPWM中断服务子程序完成。
SVPWM中断的子程序框图如下所示。
当下一个SVPWM周期开始时,发生下溢中断。ADC模块将电流反馈信号Ia和Ib转换成数据以确定定子电流空间矢量是否与轴d正交。
如果它不是正交的,则QEP电路处理编码器的脉冲并计算磁极位置,电动机速度和旋转方向。如果它是正交的,则在将该值代入磁极的位置之后,它直接进入电流矢量转换控制环路,即轴dq的电流调节器PI。
当当前循环周期值的nsp变量等于给定的nspr值时,程序进入速度调整循环。确定当前设定值idr和iqr后,调整电流[2]。
5实验
在实验中,我们使用额定扭矩为0的交流永磁电机。
96 Nm,额定转速:3000 rpm,额定功率:300 W,磁性材料:NdFeB。
控制信号SVPWM由TMS320F241的六个全PWM比较器产生。
通过相对于电动机中的空间矢量的扇区连续改变SVPWM波形来执行空调电动机的频率转换控制。实验中,由数字系统执行SVPWM降低了功率器件的开关损耗,提高电压利用率,并且表明,它能够更有效地发挥作用的特定硬件电路TMS320F241。
基于该芯片,该系统的结构TMS320F241上的全数字变频空调控制系统,以简化开发周期,使最强大的实时计算芯片和丰富的芯片集成组件的能力。产品短,可靠稳固。
因此,由该芯片构成的控制系统具有非常广泛的实用价值。