Особенности реализации модуля ШИМ DSP56F80x

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Электротехника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 314. 5:621.3. 017
П. Д. Гаврилов, Е. А Лир ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ МОДУЛЯ ШИМ DSP56F80x
Реализация частотного
управления асинхронным электродвигателем (АД), как правило, сопровождается использованием одного из методов широтно-импульсной модуляции
(ШИМ). Энергетические характеристики электропривода, получаемые при этом, во многом определяются особенностями алгоритма, реализующего тот или иной метод.
На современном уровне развития микропроцессорной техники проблема формирования 3-х фазного напряжения методом ШИМ перестала быть актуальной. Связано это с тем, что многие производители выпускают Б8Р-контроллеры, в которые уже встроен программноаппаратный модуль, позволяющий реализовать различные ал-
горитмы ШИМ [1 — 3]. При этом разработчику систем управления электроприводами предлагаются библиотеки готовых программных блоков. Фактически, процесс разработки программного обеспечения Б8Р-контроллера можно свести до формирования проекта системы управления на основе имеющихся библиотек. Однако, на наш взгляд, в случаях, когда требуется подробный анализ свойств и характеристик проектируемого электропривода,
предварительно необходимо детально разобраться с особенностями как устройства модуля ШИМ конкретного Б8Р-контроллера, который предполагается использовать в системе управления, так и с алгоритмом, реализующий тот или иной ва-
риант ШИМ.
Среди фирм, представленных на рынке DSP-контроллеров, ориентирован-
ных на применение в электроприводах, наиболее яркими представителями являются Texas Instruments, Motorola и Analog Device. В представленной статье рассматриваются результаты детального анализа особенностей модуля ШИМ, реализованного в семействе DSP-контроллеров фирмы Motorola DSP56F80x.
Большое число имеющихся в распоряжении настраиваемых параметров этого модуля позволяет использовать его для управления большинством типов двигателей. Структурная схема модуля приведена на рис. 1.
Тактовая частота ШИМ-генератора
Регистр PWMCM
Регистр PWMVAL
к Блок
ШИМ-генератора
Регистр PWMCNT
А.
г
Блок переключения и маскирования каналов
Блок выбора режима работы каналов
0… 6
режима управления каналами
6
Регистр PMDEADTM
Ж
Блок генератора & quot-мертвого времени& quot-
Блок компенсации & quot-мертвого времени& quot-
— ISO PIN
— IS1PIN
— IS2PIN
6/
FAULT 0 PIN >
FAULT 1 PIN > FAULT 2 PIN > Блок фильтрации Блок защиты
& quot-неисправность" F W от
FAULT 4 PIN > FAULT 5 PIN > неисправностей
Чг
Регистр PMDISMAP
И-
N-
Регистр PMFTACK
Блок выбора полярности каналов
> PWMO PIN
> PWM1 PIN
> PWM2 PIN
> PWM3 PIN
> PWM4 PIN
> PWM5 PIN
Тактовая частота шины (IPBus)
PRSC1
LDFQO
LDFQ1
LDFQ2
LDFQ3
OUT 1
IPOL 1
6
SWAP 1
Рис. 1. Структурная схема модуля ШИМ
Модуль = 4
ШИМ-выход Скважность = SO %
Привязка Модуль = 4
ШИМ-выход Скважность = 6O %
Рис. 2. Режим выравнивания «по центру»
Рис. 3. Режим выравнивания «по краю»
Для работы модуля ШИМ задействованы следующие выводы Б8Р-контроллера:
• PWM0 г РЖМ5 — выходные сигналы ШИМ-
• ШЛО г 18Л2 — входные сигналы направления фазных токов инвертора, используемых для коррекции искажения, обусловленного введением «мертвого» времени-
• БЛиЬТО г БЛиЬТ2 -входные сигналы, определяющие состояние неисправности.
Данный модуль ШИМ может работать в двух режимах управления ШИМ-выводами
(настраивается в блоке выбора режима управления каналами -см. рис. 1). В первом режиме, по сути, заложена идеология аналоговых систем управления с поправкой на расширенные возможности программной настройки используемых аппаратных средств (счетчиков, регистров, мультиплексоров и т. д.). Во втором режиме управление осуществляется программно, что делает его удобным в использовании при реализации векторных законов частотного регулирования на основе вектора обобщенного напряжения [5].
При работе модуля ШИМ в первом из указанных режимов формирование сигналов управления ШИМ-выводами осуществляется в блоке ШИМ-
генератора (рис. 1), основу которого составляет 15-битный реверсивный счетчик (в действительности используется лишь 14 бит, состояние 15-го не изменяется). Значения этого счетчика записываются в регистр РМСМТ. 6 выходных сигналов на выходе ШИМ-генератора предназначены для управления
состояниями ключевых элементов инвертора. Рассмотрим каким образом они формируются.
Работа ШИМ-генератора
определяется рядом настроек:
— режимом инициализации-
— значением тактовой частоты-
— режимом выравнивания-
— значением периода (модуля) несущей частоты ШИМ-сигнала-
— значением скважности выходных сигналов-
— режимом управления процессом перезагрузки ШИМ-генератора.
Режим инициализации позволяет включать/отключать
ШИМ-генератор без снятия питания DSP-контроллера.
Частота, с которой осуществляется приращение значения
счетчика (тактовая частота
Т
ШИМ-генератора) JШИМ определяет дискретность изменения периода и скважности и выражается следующим образом:
fТ flPBus ,
J ШИМ = -. -------
кПД
где fip Bus — это У рабочей частоты DSP-контроллера- кщ -значение коэффициента предварительного делителя. При выборе значения тактовой частоты необходимо учитывать разрядность ШИМ-генератора.
От выбранного режима выравнивания зависит реверсивность счетчика ШИМ-
генератора (рис. Z, З).
Период (модуль) несущей частоты ШИМ ТШИМ, выраженный в периодах тактовой
Значения РМСЖ 1 2 3 4 3 2 1 0
Значение PWMCM = 4
Тактовая частота ШИМ-генератора Период ШИМ = 8 х Период тактовой частоты
Рис. 4. Определение периода несущей частоты ШИМ при выравнивании «по центру»
Значения РМСЖ 12 3 4
Значение PWMCM = 4
Тактовая частота ШИМ-генератора Период ШИМ = 8 х Период тактовой частоты
Рис. 5. Определение периода несущей частоты ШИМ при выравнивании «по центру»
частоты ШИМ-генератора (Tшим), задается значением одного из регистров — PWMCM (рис. 1). Кроме того, он зависит от режима выравнивания, что продемонстрировано на рис. 4 и 5.
Соответственно, если
ШИМ-генератор работает с выравниванием по центру:
ТШИМ = PWMCM ¦ ТШИМ '-2,
если же выбран режим выравнивания «по краю»:
ТШИМ = PWMCM ¦ ТІЛИМ.
Величина скважности, также выраженная в периодах тактовой частоты ШИМ-генератора, задается значением, записанным в регистр PWMVAL (рис. 1). При этом скважность определяется следующим образом:
PWMVAL
у =----------100%.
PWMCM
Понятно, что для формирования ШИМ-модулем синусоидального сигнала, значения регистра PWMVAL должно изменяться по синусоидальному закону. Но обеспечивается это уже программно, за счет внешней процедуры.
Режим управления процессом перезагрузки определяет частоту и условия осуществления операции перезагрузки ШИМ-генератора, то есть процесса обновления его настроек. Другими словами, выбирая тот или иной режим перезагрузки, мы определяем постоянную времени в контуре регулирования.
Сформированные выходные сигналы ШИМ-генератора проходят дальнейшую обработку. Так в блоке переключения и маскирования каналов имеется возможность поменять местами парные каналы или, при желании, отключить любое сочетание каналов путем установки маски неактивных каналов (рис. 6).
Как уже говорилось выше, рассматриваемый модуль ШИМ
Рис. 6. Структура блока переключения и маскирования каналов
ШИМ
PWMVAL0
PWMVAL1
1-ый и 2-ой каналы ШИМ
PWMVAL2
PWMVAL3
-> Верхнее плечо
Нижнее плечо
3-ий и 4-ый каналы ШИМ
PWMVAL4
PWMVAL5
-> Верхнее плечо
Нижнее плечо
5-ый и 6-ой каналы ШИМ
> Верхнее плечо Нижнее плечо
Рис. 7. Подключение ШИМ выводов в комплиментарном режиме работы каналов
позволяет использовать его для управления различными типами электродвигателей. Поэтому в нем имеется возможность выбора режима работы каналов — независимый или комплиментарный, которая реализована в одноименном блоке (рис. 1). Способ подключения ШИМ-
выводов в комплиментарном режиме работы каналов показан на рис. 7.
Далее сигналы поступают в блок выбора режима управления и, если выбран первый режим, проходят без изменений дальнейшую обработку. Если выбран второй режим управле-
ния, то сигналы ШИМ-
генератора подменяются сигналами внешней процедуры, реализующей программное управление ШИМ-выводами.
В комплиментарном режиме работы каналов, который и используется для задач частотного регулирования АД, независимо от режима управления каналами, появляются три дополнительные функции:
— введение «мертвого» времени-
— раздельная корректировка ширины импульса верхнего и нижнего плеча для компенсации «мертвого» времени-
2-ой ШИМ-выход PMDEADTM = О
1-ый ШИМ-выход PMDEADTM =1
2-ой ШИМ-выход PMDEADTM =1
Ж
Рис. 8. «Мертвое» время (режим выравнивания «по центру»)
— раздельное управление полярностью верхнего и нижнего плеч.
Генератор «мертвого» времени автоматически вставляет программно выбираемые задержки на запуск каждого канала парных ШИМ-выводов.
Длительность этих задержек, выраженная в периодах тактовой частоты ШИМ-генератора, задается значением регистра PMDEADTM. Для исключения протекания сквозного тока, при выборе значения этого регистра необходимо руководствоваться выражением:
PMDEADTM = кЗ • t (°FF, ТШИМ
где tOFF — время отключения силового ключевого элемента инвертора- кЗ — коэффициент запаса, величина которого должна учитывать возможное увеличение времени отключения.
На рис. 8 приведены диаграммы счетчика ШИМ-генератора и ШИМ-выводов при отсутствии и при наличии «мертвого» времени.
Из диаграмм, представленных на рисунке видно, что из-за введения «мертвого» времени в конечном итоге происходит уменьшение среднего значения напряжения, подаваемого на обмотку статора АД.
Для исключения этого эффекта в модуле ШИМ имеется блок компенсации «мертвого» времени, который обеспечивает увеличение или уменьшение
значения соответствующего регистра PWMVAL на основе определения направления тока. Настройки блока компенсации позволяют выбрать ручной или автоматический режим компенсации.
При этом имеется два подрежима автоматического режима.
Первый подрежим, при котором определение направление тока осуществляется в течение «мертвого» времени, используется в тех случаях, когда скважность не принимает граничных значений (0 и 100%).
Второй подрежим, где в зависимости от режима выравнивания направление тока осуществляется либо на полупериоде ШИМ (режим выравнивания «по центру»), либо в конце пе-
риода (режим выравнивания «по краю»), может использоваться при любых значениях скважности, но при этом необходима дополнительная внешняя схема определения направления тока.
Если нет неисправностей, сигналы проходят в блок выбора полярности каналов и поступают на выводы DSP-контроллера.
Как видно из вышесказанного, модуль ШИМ обладает обширным набором настроек, выбор которых должен осуществляться исключительно обдуманно и обоснованно, с сопоставлением получаемых при этом показателей энергоэффективности и качества регулирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http: //www. ti. com.
2. http: //www. freescale. com.
3. http: //www. analog. com/processors/processors/ADSP.
4. DSP56F801/803/805/807, 16-bit Digital Signal Processor, User’s Manual. http: //www. freescale. com.
5. Изосимов Д. Б., Рывкин С. Е., Швецов С. В. Симплексные алгоритмы управления трехфазным автономным инвертором напряжения с ШИМ // Электротехника, 1993, № 12.
? Авторы статьи:
Гаврилов Лир
Петр Данилович Евгений Александрович
— канд. техн. наук, доц. каф. — аспирант каф. электроэлектропривода и автоматизации привода и автоматизации

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой