基于DSP和FPGA的三相异步电机矢量伺服系统

2.2功率电路
整个主电路先经不控整流，后经全桥逆变输出。功率变换电路中采用三菱公司的一体化智能功率模块（ASIPM）PS12036。该模块采用15A，1200V的功率管，内部集成了驱动电路，并设计有短路、过电流、欠电压等故障检测保护电路。系统电源采用变压器降压隔离二极管整流滤波后由线性稳压电源和开关电源为各部分提供电源，主要包括DSP和FPGA.、电流采样和处理电路、光电编码器接口电路、7路PWM信号的驱动电源、串口电路和保护电路。

2.3电流采样电路
本系统的设计要求采样三相电流，采样电路采用霍尔传感器并经AD模拟电路限制在0V～3.0V的电压范围内，然后送人DSP的AD转换器中。

2.4转子速度位置检测电路
电机反馈采用增量式光电编码器，该编码器分辨率为2000线/转，输出脉冲信号A、B、Z，信号A、B相位依次相差90°（电角度），DSP通过判断A、B的相位和个数可以得到电机的转向和速度。Z信号每转一圈出现一次，用于位置信号的复位。光电编码盘脉冲信号经过接口电路隔离电平转换后送入DSP，经内部QEP电路实现四倍频，因此电机每圈的脉冲数是8000线/转。

3系统软件实现方案
本系统的软件在结构上可分为主程序和PWM中断服务子程序。主程序只完成系统硬件和软件的初始化任务，然后处于等待状态。完整的磁场定向实时矢量控制算法在T1定时器下溢中断服务程序中实现。
位置速度的采样利用DSP的QEP单元，为了电动机转速的稳定采用了变周期采样对不同速度段的采样周期不同。电流采样利用TMS320F2812自带的AD转换模块，同时对信号进行数字滤波。电流环和速度环采用的是PID调节器；为了实现位置跟随的快速性和无超调性，位置环采用变比例调节器。空间矢量PWM（SVPWM）根据逆变器的开关逻辑将转子磁场空间划分为6个区域，在各区域对定子电压矢量进行分解，从而得到产生实际PWM波形所需的参数。
为了提高数字的表示范围和运算的精度，增强程序的可移植性，将运算量进行标幺化处理，就是将运算量与其最大值或额定值进行比较，这样预算量都化为小数，为了满足TMS320F2812的定点运算的要求，利用IQmath程序库中_iq（）可将小数转成整数形式，即小数的Q格式[5]。这样浮点运算就转换为速度快得多的整型运算。

4实验结果及结论
本实验ASIPM选用三菱公司的PS12036,实验电机的额定功率2.2kW,额定线电压380V，额定频率50Hz，额定电流4A，Y型接法。SVPWM波的载波频率为10kHz。实验波形如图7，图8所示。这些波形验证了SVPWM的正确性，且逆变器输出电流的谐波成分减小，说明了该系统控制精度高，具有良好的动、静态特性。