基于TMS320LF2407A和AT89S52三相异步电机双闭环调速控制系统设计

摘要：针对某装备中三相交流异步电机调速的要求，以TMS320LF2407A和AT89S52为核心采用磁场定向控制策略设计了一电流、转速双闭环调速控制系统，给出了硬件原理框图、关键器件、设计思想和程序流程图。实验结果表明，该控制系统具有动态响应快，控制精度高，实时显示，数据存储，抗干扰强等优点。
关键词：TMS320LF2407A；AT89S52；异步电机；磁场定向控制；实时显示

O 引言
三相交流异步电机以其结构简单，体积小，重量轻，价格低，维修方便等优点，广泛应用于武器装备、给料系统、数控机床、柔性制造技术、各种自动化设备等领域，其转速控制系统性能的优劣直接决定了设备性能的发挥。随着高性能微处理器及新型电力电子器件的出现，使得应用全控型电力电子器件和空间矢量(SVPWM)控制技术进行变频调速的方式已成为交流电机调速控制的主流。
相对于其他微处理器，DSP具有运算速度快，可以自己产生有死区时间的PWM输出，可以实现诸如模糊控制等复杂的算法，外围硬件少等优点，因而广泛用于电机的数字控制。本文以TMS320LF2407A DSP芯片和AT89S52单片机为核心，设计了针对三相交流异步电机的全数字调速控制系统。实验结果表明，该系统具有实时显示，数据存储，动态响应快，控制精度高，抗干扰性强等优点。

1 TMS320LF2407A简介
TMS320LF2407A主要包括算术逻辑运算单元(CALU)、寄存器集、辅助算术逻辑单元(ARAU)、乘法器、乘法移位器、累加器、加法移位器、时钟锁相环电路、两个完全等同的事件管理器A，B(包括通用定时器、比较单元、捕获／正交编码器脉冲电路)、内部A／D转换器、双串口、看门狗、CAN总线电路单元等。
TMS320LF2407A采用先进的哈佛结构，流水线作业，在30 MHz内部时钟频率下，指令周期仅为33 ns。其内部存储器包含2类RAM块。一类为DRAM，另一类为SRAM。对DRAM而言又划分为3个RAM块，即B0，B1，B2，容量依次为256字，256字，32字。这些RAM全部允许在一个指令周期内访问两次，因此在数据处理能力上有显著的增加。同时，B0块还可以通过程序动态地配置为数据存储器区或程序存储器区。若配置为程序区可在上电时把浮点算法子程序或者数据表从外部慢速EPROM装入此区域，从而缓解高速处理器与慢速外设之间的矛盾，这对提高控制系统的动态性能有很大帮助。TMS320LF2407A内部含有内嵌采样保持的10位精度、高速A／D转换器，转换时间最短为500 ns(采样保持+转换时间)。除此之外TMS320LF2407A还有丰富的、功能强大的中断系统以及常用的I／O接口，这些都使设计调速控制系统时的硬件电路得到简化。

2 系统硬件设计
基于TMS320LF2407A三相交流异步电机双闭环调速控制系统硬件框图如图1所示。

系统主电路采用交-直-交电压型变频器，功率器件采用智能功率模块IPM。该模块包含了6个IGBT和6个与IGBT反并联的续流二极管。控制电路部分由AT89S52单片机控制单元、TMS320LF2407A控制器单元、电流检测电路、电压检测电路、转速检测电路、过流保护电路、液晶显示电路和键盘输入接口电路等模块组成。