一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，通过上位机发送控制代码至DSP，DSP根据控制代码，以及永磁同步电机电流、电压和转速、转子角度生成使能信号和控制信号，在使能信号的使能状态下，使能丹佛斯变频器运行，再根据控制信号控制下，生成控制永磁同步电机启动的变频电压，变频电压再经过滤波处理后，在保护装置的保护下，实现永磁同步电机的变频控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统
本专利技术属于电力系统智能控制
，更为具体地讲，涉及一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统。
技术介绍
当前，同步电动机变频调速系统从控制方式上可分为两大类:一类为他控式变频调速系统；另一类为自控式变频调速系统。他控式变频调速系统中所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属于速度开环控制系统，适应于多台机组并联运行的场合。由于这种系统没有解决同步电动机的失步、振荡等问题，所以在实际的调速场合很少使用。随着电力电子技术的发展和各种高性能变频装置的出现，为同步电动机应用于要求大范围调速的场合奠定了基础。因此现阶段同步电动机变频调速系统一般采用自控式运行，通过位置传感器检测同步电机转子位置，根据电机自身转子的位置及转速决定逆变器输出频率。这样能时刻保持同步电机工作在同步状态，从根本上解决了同步电机变频调速失步的问题。在自动化工业高速发展的今天，对自动化的要求既需要有动力的传递又要有对系统控制的整套可运行的操作控制系统。在工业自动化生产中常常需要有对电动机的控制，其中对电机具有高效率、高产量、低成本等的要求都可以通过对电机进行变频调速来达到目的，实现工业生产上的需要。自动化生产的各个系统中对控制系统有非常高的要求，必需要选择合适的算法设计出可靠性高的控制装置。电动机的变频调速系统以及其控制系统随着社会的发展也在不断改进。从最早的接触器与继电器构成的最简单的系统；到上个世纪30年代的电机放大机及接下来随着变频调速技术发展而发展的磁放大器与大功率可控水银整流器、再后来的晶闸管和功率晶体管。直到近些年先进的微型计算机采样控制技术的发展使变频调速的目标成为现实并研究出脉宽调制((PWM)逆变器以及空间矢量PWM(SVPWM)技术SVPWM技术以实现逼近定子磁链的圆形轨迹为目标以达到电动机的高品质控制。20世纪80年代以后，随着微处理器的出现和发展，使得交流控制算法的实现由硬件电路发展为软件控制实现，使得控制系统向着数字化方向发展，同时，控制电路得到极大简化，控制系统可靠性、实用性和可维修性得到改善。DSP具有成本低、功耗低、高性能处理数据能力、强大的外部通信接口等优点得到快速应用，其具有在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法运算、采用哈弗结构，程序和数据空间分开并可以同时访问指令和数据、快速处理中断和硬件I/O支持等特点，因此，基于TI公司的DSP控制芯片TMS320F28335A为核心控制器进行相关控制系统的设计对于提高电机控制算法调试实现及对电机调速系统的发展具有很实际的意义。此外，在电动机的控制闭环系统中，分为有传感器方式与无传感器方式，由于本平台要求得到电机转子的精确位置，故采用有传感器方式。永磁同步电机矢量控制系统能实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，随着工业领域对高性能伺服系统需求的不断增加，特别是机器人、数控机床等技术的发展，永磁同步电机矢量控制系统具有广阔的发展和应用前景，对该系统的研究己成为中小容量交流调速和伺服系统研究的重点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，通过转速、电流双闭环控制方式，实现永磁同步电机的变频控制。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，其特征在于，包括：上位机，安装有基于FOC的控制算法，用于生成控制代码，并下载到DSP中；DSP，根据控制代码生成使能信号，并通过光纤收发模块发送到丹佛斯变频器；同时，DSP用于接收丹佛斯变频器的工作状态，永磁同步电机的电流、电压和转速、转子角度，并根据丹佛斯变频器的工作状态，控制保护装置中继电器的开断，从而控制电机电路的开断；根据接收到的电流、电压和转速、转子角度，实时产生变化的控制信号，控制丹佛斯变频器产生变频电压；光纤收发模块，采用双向通信方式，用于转发使能信号和控制信号，同时上传丹佛斯变频器工作状态、电流和电机转速至DSP；丹佛斯变频器，采用了CPLD控制电路，主要用于生成控制永磁同步电机启动的变频电压；在使能信号的使能状态下，使能丹佛斯变频器运行，当丹佛斯变频器正常运行时，丹佛斯变频器中的CPLD模块接收控制信号，再根据控制信号生成控制其内部晶体管的开关信号，并对晶体管进行控制，进而生成控制电机启动的变频电压；同时，丹佛斯变频器将正常运行的工作状态返回给DSP，再通过DSP控制继电器接通接触器线圈电压，使得接触器线圈接通电路，从而使变频电压输出到隔离变压器；若丹佛斯变频器运行故障，则将故障信号反馈给DSP，DSP控制继电器切断接触器线圈电压，从而切断滤波模块到永磁同步电机的电路，防止永磁同步电机损坏；滤波模块，用于滤除变频电压的高次谐波，从而防止高次谐波引起电动机附加发热和产生振动；保护装置，包括继电器、接触器、隔离变压器和断路器，主要用来保护永磁同步电机，防止由变频电压过载、缺相、堵转而损坏永磁同步电机；丹佛斯变频器正常工作时，DSP控制保护装置中的继电器接通接触器线圈的电源，从而接通电路，使得变频电压通过隔离变压器后，在断路器的保护下输入到永磁同步电机；若丹佛斯变频器故障，DSP控制继电器切断接触器线圈的电源，从而断开通往永磁同步电机的电路；永磁同步电机，作为调速系统的控制对象，用于接收变频电压进行变频启动；当永磁同步电机运行时，其转速和转子角度、电流和电压分别被编码器和电流电压采集模块采集后，通过调理电路模块的处理返回给DSP，形成转速、电流的双闭环控制系统；电流电压采集模块，采用交直流通用方式，适用于大电压、大电流的工作环境，用于采集永磁同步电机的电流和电压，并输出到调理电路进行降压处理；编码器，用于采集永磁同步电机的转速和转子角度，再发送至调理电路模块进行隔离传输处理；调理电路模块，将永磁同步电机的电流和电压信号降至DSP的采样范围内，再发送至DSP进行采样；同时将永磁同步电机的转速和转子角度进行隔离传输处理，再反馈给DSP；隔离电源模块，为调速系统的各个模块提供多种电压等级的隔离电源，减少各个模块间由于电源引起的串扰。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，通过上位机发送控制代码至DSP，DSP根据控制代码，以及永磁同步电机电流、电压和转速、转子角度生成使能信号和控制信号，在使能信号的使能状态下，使能丹佛斯变频器运行，再根据控制信号控制下，生成控制永磁同步电机启动的变频电压，变频电压再经过滤波处理后，在保护装置的保护下，实现永磁同步电机的变频控制。同时，本专利技术一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统还具有以下有益效果：(1)、通过使用CPLD控制电路替代丹佛斯原有的控制电路，针对电机控制控制的特点，简化了控制电路，移除多余的功能模块，使得控制操作变得更加简捷高效，同时也解决了变频器不开源的问题，使用户根据需求进行操作得以实现；(2)、使用CPLD和DSP组合的方式实现了两者的分工，充分利用了DSP的高速数字信号处理能力和CPLD高速可编程逻辑性，使得DSP用于控制算法的运算处理，而CPLD用于实现数字电路的控制，实现了各种算法和组合逻辑的同时，提高了控制电路的时序控制能力，进而提高控制系统的处理速度；(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，其特征在于，包括：上位机，安装有基于FOC的控制算法，用于生成控制代码，并下载到DSP中；DSP，根据控制代码生成使能信号，并通过光纤收发模块发送到丹佛斯变频器；同时，DSP用于接收丹佛斯变频器的工作状态，永磁同步电机的电流、电压和转速、转子角度，并根据丹佛斯变频器的工作状态，控制保护装置中继电器的开断，从而控制电机电路的开断；根据接收到的电流、电压和转速、转子角度，实时产生变化的控制信号，控制丹佛斯变频器产生变频电压；光纤收发模块，采用双向通信方式，用于转发使能信号和控制信号，同时上传丹佛斯变频器工作状态、电流和电机转速至DSP；丹佛斯变频器，采用了CPLD控制电路，主要用于生成控制永磁同步电机启动的变频电压；在使能信号的使能状态下，使能丹佛斯变频器运行，当丹佛斯变频器正常运行时，丹佛斯变频器中的CPLD模块接收控制信号，再根据控制信号生成控制其内部晶体管的开关信号，并对晶体管进行控制，进而生成控制电机启动的变频电压；同时，丹佛斯变频器将正常运行的工作状态返回给DSP，再通过DSP控制继电器接通接触器线圈电压，使得接触器线圈接通电路，从而使变频电压输出到隔离变压器；若丹佛斯变频器运行故障，则将故障信号反馈给DSP，DSP控制继电器切断接触器线圈电压，从而切断滤波模块到永磁同步电机的电路，防止防止永磁同步电机损坏；滤波模块，用于滤除变频电压的高次谐波，从而防止高次谐波引起电动机附加发热和产生振动；保护装置，包括继电器、接触器、隔离变压器和断路器，主要用来保护永磁同步电机，防止由变频电压过载、缺相、堵转而损坏永磁同步电机；丹佛斯变频器正常工作时，DSP控制保护装置中的继电器接通接触器线圈的电源，从而接通电路，使得变频电压通过隔离变压器后，在断路器的保护下输入到永磁同步电机；若丹佛斯变频器故障，DSP控制继电器切断接触器线圈的电源，从而断开通往永磁同步电机的电路；永磁同步电机，作为调速系统的控制对象，用于接收变频电压进行变频启动；当永磁同步电机运行时，其转速和转子角度、电流和电压分别被编码器和电流电压采集模块采集后，通过调理电路模块的处理返回给DSP，形成转速、电流的双闭环控制系统；电流电压采集模块，采用交直通用方式，适用于大电压、大电流的工作环境，用于采集永磁同步电机的电流和电压，并输出到调理电路进行降压处理；编码器，用于采集永磁同步电机的转速和转子角度，再发送至调理电路模块进行隔离传输处理；调理电路模块，将永磁同步电机的电流和电压信号降至DSP的采样范围内，再发送至DSP进行采样；同时将永磁同步电机的转速和转子角度进行隔离传输处理，再反馈给DSP；隔离电源模块，为调速系统的各个模块提供多种电压等级的隔离电源，减少各个模块间由于电源引起的串扰。...

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的永磁同步电机变频调速系统，其特征在于，包括：上位机，安装有基于FOC的控制算法，用于生成控制代码，并下载到DSP中；DSP，根据控制代码生成使能信号，并通过光纤收发模块发送到丹佛斯变频器；同时，DSP用于接收丹佛斯变频器的工作状态，永磁同步电机的电流、电压和转速、转子角度，并根据丹佛斯变频器的工作状态，控制保护装置中继电器的开断，从而控制电机电路的开断；根据接收到的电流、电压和转速、转子角度，实时产生变化的控制信号，控制丹佛斯变频器产生变频电压；光纤收发模块，采用双向通信方式，用于转发使能信号和控制信号，同时上传丹佛斯变频器工作状态、电流和电机转速至DSP；丹佛斯变频器，采用了CPLD控制电路，主要用于生成控制永磁同步电机启动的变频电压；在使能信号的使能状态下，使能丹佛斯变频器运行，当丹佛斯变频器正常运行时，丹佛斯变频器中的CPLD模块接收控制信号，再根据控制信号生成控制其内部晶体管的开关信号，并对晶体管进行控制，进而生成控制电机启动的变频电压；同时，丹佛斯变频器将正常运行的工作状态返回给DSP，再通过DSP控制继电器接通接触器线圈电压，使得接触器线圈接通电路，从而使变频电压输出到隔离变压器；若丹佛斯变频器运行故障，则将故障信号反馈给DSP，DSP控制继电器切断接触器线圈电压，从而切断滤波模块到永磁同步电机的电路，防止防止永磁同步电机损坏；滤波模块，用于滤除变频电压的高次谐波，从而防止高次谐波引起电动机附加发热和产生振动；保护装置，包括继电器、接触器、隔离变压器和断路器，主要用来保护永磁同步电机，防止由变频电压过载、缺相、堵转而...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘群英，张家枢，张涣，陈明华，张永昌，张昌华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51