taon?PWMPRD?t1?t22

tbon?taon?t1 （3-25）

tcon?tbon?t2

在其它区间也用同样的方法推导

[26]

。以上便是3个比较寄存器写入的值。通过不断变

0化的占空比，来控制三相功率桥的导通与关闭，最终在三相功率输出端输出相差120的正弦交流电压

[27]

。

第四章 全数字交流伺服控制单元的硬件结构及其设计

4.1 引言

整个控制系统的结构组成如图3-1所示

图3-1 系统硬件结构框图 光栅、磁极霍尔、电流霍尔传感器 上位PC机 DSP控制板 功率驱动板 永磁同步直线电机 TMS320F2812 DSP芯片是DSP控制板的核心，也是整个伺服驱动系统的核心。电流霍尔、磁极霍尔、光栅是三个主要检测反馈装置，分别检测电流大小、磁极位置和动子具体位置。DSP控制板产生的PWM信号送给功率驱动板，产生所需要频率和幅值的交流电。功率驱动板主电路由整流、滤波、IPM逆变模块组成。外加光耦隔离、过压欠压保护等部分。

4.2 控制系统硬件结构

4.2.1 DSP芯片的选择

数字信号处理器（digital signal processor，DSP），是指用于数字信号处理的可编程微处理器，是微电子学、数字信号处理、计算机技术这3门学科综合研究的成果。在现代控制领域中，自适应控制、扩展卡尔曼滤波、模糊控制、人工神经网络控制等已经得到广泛应用。现代控制理论与全数字化控制技术相结合，成为高性能控制系统发展的必由之路。DSP以其高速计算能力和特殊的硬件结构已经在许多应用系统内取代了工控机和单片机，成为控制系统的核心。

世界上第一块DSP是1978年AMI公司的S2811，1979年美国Intel公司宣布生产的商用可编程期间2920是DSP芯片的一个主要标志。但是这两种芯片内部都没有现代DSP所必须的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的PD7720是第一片具有硬件乘法器的商用DSP芯片。美国德州仪器公司（TI公司）在1982成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品。

经过30多年的发展，DSP芯片得到了突飞猛进的发展。其中TI公司的DSP占了决大部分的市场份额。TI公司多年来不断发展，开发了一个庞大DSP家族——TMS320家族。在这

个家族中，主要分为三大系列：

（1）TMS320C2000系列，包括C20X，C2X，C28X等，该系列主要用于数字控制系统。 （2）TMS320C5000系列，包括C54X，C55X等，该系列主要用于低功耗、便携式的无线终端产品。

（3）TMS320C6000系列，包括C62X，C64X，C67X等，该系列主要用于高性能复杂的通信系统或者其他一些高端应用，如图象处理等。

作为交流伺服控制系统的核心，我们选用TMS320F2812系列芯片。TMS320F2812 DSP平台将各种高级数字控制功能集成在一块IC上。强大的数据处理和控制能力可以大幅度提高应用效率和降低功耗。TMS320F2812 DSP是工业界首批32位控制专用、内含闪存以及高达150MIPS的数字信号处理器，专门为工业自动化、光学网络及自动化控制等应用而设计。它整合了DSP和微控制器的最佳特性，能够在一个周期内完成32×32位的乘法累加运算，或两个16×16位乘法累加运算。此外，由于器件集成了快速的中断管理单元，使中断延迟时间大幅度减少，满足了适时控制的需要。

除了以上性能外，F2812内核还拥有许多独一无二的功能。例如可以在一个时钟周期内对任何内存地址单元完成读取、修改、写入操作。使得程序代码效率达到最佳。此外，还提供多种自动指令提高了程序的执行效率，简化了程序的开发。针对嵌入式控制领域应用的特殊要求，已经推出针对F2812内核的编辑器，开发 人员可以方便的使用C/C++语言进行开发。F2812DSP的内核还支持IQ变换函数库，使研发人员能方便地使用便宜的定点DSP来实现浮点运算。它与C24X DSP的程序代码兼容。

为了提高效率和可靠性，构建高性能的永磁直线电机全数字伺服控制平台，本课题的方案中，DSP主控制板卡是选用上海三意公司的SY-EVM2812高性能DSP控制卡。如图3-2所示。

图3-2 SY-EVM2812控制板 这款控制卡的主要特点和性能如下：

1.板载DSP 处理器TMS320F2812，32位定点高速数字处理器，最高工作频率150MHZ 2. 外扩256K*16位SRAM（基本配置，可以扩大到512K*16位），作程序或数据存储器 3. 外扩8-kword（16-kbytes）SPI接口EEROM供存储参数使用 4. 外扩4 路12位SPI接口的DA转换器同步输出。 5. 标准RS232、CAN通讯接口

6. 板上提供总线开放，数据线，地址线，控制线、特殊功能引脚全部引出。 7. 板载IEEE1149.1JTAG 接口供实时仿真。 8.单5V电源供电（5±10%VDC）

9.专门设计的AD供电、AD参考电压，确保AD采样的精度 10. 嵌入式UCOSⅡ操作系统在2812上的移植及各外围接口源码 4.2.2 功率驱动单元的设计与选型

为了确保可靠性和时间进度，功率器件选用智能功率模块IPM（Intllingent Power Module），它不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过压、过电流和过热等故障监测电路，并可以将监测信号送给CPU。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。目前的IPM一般采用IGBT作为功率开关元件，并内藏有电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM正以其可靠性高，用户使用方便赢得越来越大的市场。我们选用了美国Fairchild公司的FSAM10SH60A功率器件。如图3-3所示。

图3-3 FSAM10SH60A IPM芯片

功率板选购了上海三意公司的SY-HVD高压功率驱动板，如图3-4所示。