基于MC56F82748 DSC的单电阻采样三相交流 感应电机的矢量控制 -

Freescale Semiconductor

设计参考手册

Document Number: DRM153

Rev. 0, 10/2014

基于MC56F82748 DSC的单电阻采样三相交流感应电机的矢量控制

1 概述

目录

1.1 参考方案简介

1 概述 本文档描述了基于飞思卡尔电机控制专用的数字信号2 控制原理 控制器MC56F82748的三相交流感应电机矢量控制方案。

3 系统概念 三相交流感应电机因为其结构简单、工艺成熟、造价4 硬件设计 低廉、无电刷、维护简单、鲁棒性强等优点，被广泛应用于工业控制中。如水泵、风机、压缩机、制冷系5

软件设计

统中。

为了实现三相交流感应电机的调速，需要对电机提供电压幅值和频率可变的交流电，一般使用由数控开关逆变器构成的三相变频器。

电机的控制算法大体分为两类，一类是标量控制，如被广泛应用的V/F恒压频比控制。另一类被称为矢量控制或磁场定向控制（FOC）。相对于标量控制，矢量控制全面提升了电机驱动性能，比如矢量控制实现了转矩和磁链的解耦控制、全转矩控制、效率更高且提高了系统的动态性能。

基于飞思卡尔电机控制专用的数字信号控制器

MC56F82748的三相交流感应电机矢量控制是一个面对客户和工业应用的设计方案。低成本和高可靠性是两个关键的考量指标。为了减小系统成本，我们采用了单电阻电流采样方案。为了减少系统对参数的依赖，我们使用了闭环的磁链估算方案，提升了系统稳定性和鲁棒性。

本文档介绍了基本的电机控制理论，系统的设计理念，硬件设计、软件设计，包括FreeMASTER可视化软件工具。

? Freescale Semiconductor, Inc., 2014. All rights reserved.

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1.2 飞思卡尔数字信号控制器的优势和特点

飞思卡尔MC56F82748数字信号控制器不仅带有兼具DSP和MCU优点的内核，同时还集成了诸多如脉宽调制器（PWM）、模数转换器（ADC）、定时器、DMA、内部模块互联单元（XBAR），通信外设（SCI，SPI，IIC），和片内Flash和RAM存储器等专用外设模块，非常适用于数字电机控制应用。

MC56F82748集成以下功能模块： ? 50 MHz内核

o 单周期32位乘以32位结果为32位或64位乘 - 累加指令，支持一个可选的32位并行数据搬移指令 o 单周期16位乘以16位结果为16位或32位乘 - 累加指令，支持两个可选的16位并行数据搬移指令 o 四个包含扩展位的36位累加器 ? 片内64 KB Flash ? 片内8 KB RAM ? COP看门狗 ? 中断控制器 ? 系统集成模块

? 8通道高精度脉宽调制器 ? 定时器

? 两个带X1、X2、X4可编程放大器的8通道高速12位ADC ? 两个12位DAC

? 四个带6位参考DAC的模拟比较器 ? 串行通信接口：IIC、SCI、SPI和CAN ? 四通道DMA

? 两个内部模块互联单元（XBAR） ? 与/或/非模块 ? 低功耗控制模块 ? 循环冗余校验码产生器

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图 1 MC56F827XX简化框图

三相交流感应电机矢量控制和单电阻电流采样算法对PWM和ADC模块有特殊的需求。MC56F82748的eFlexPWM模块提供了非常灵活的配置功能，可以实现高效的三相交流感应电机矢量控制和单电阻电流采样。更为甚者，该eFlexPWM模块还能在中心对齐模式下产生非对称的PWM输出。

eFlexPWM模块有以下主要特点：

? 16位分辨率，支持中心对齐、边沿对齐和非对称PWM输出 ? 高精度小数延时功能，同时支持高精度PWM频率和占空比 ? 支持互补或独立PWM输出 ? 支持符号数PWM生成 ? PWM两个边沿的独立控制

? 支持与外部硬件或其它PWM模块同步功能 ? 双缓冲PWM寄存器

? 每个PWM周期多个硬件触发输出 ? 支持双开关PWM输出

? 每个故障输入能控制多个PWM模块输出 ? 可编程的故障引脚输入滤波器

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? 独立可编程的PWM输出极性 ? 独立的上下管死区时间插入

? 每个互补PWM信号对有自己独立的PWM频率和死区时间 ? 每个PWM输出支持独立的软件控制

? 通过FORCE_OUT事件，能同时更改所有PWM输出状态 ? PWM_X能配置成为每个PWM模块第三个PWM输出信号 ? 未作为PWM输出使用的通道能配置为带缓冲的比较输出功能 ? 未作为PWM输出使用的通道能配置为输入捕获功能 ? 增强的双边沿捕获功能

? 每个PWM互补对的源信号可以来自以下信号：

o 内部模块互联单元（XBAR）输出 o 经过高低限幅寄存器处理的外部ADC输入

12位ADC模块有以下主要特点： ? 12位分辨率

? 支持最高10 MHz输入时钟 ? 高达2.5 MSPS采样率

? 单次转换时间：10个ADC时钟周期 ? 顺序转换时间：8个ADC时钟周期

? 并行同时转换模式下，完成8个通道转换仅需34个ADC时钟周期 ? 通过内部模块互联单元，能实现与如eFlexPWM等模块的同步操作 ? 顺序扫描模式可存储多达16个测量结果

? 并行扫描模式每个ADC模块可存储多达8个测量结果 ? 支持扫描暂停并在新的触发输入来临时继续原来扫描序列 ? 可配置输入信号增益：x1、x2和x4

? 如果转换结果超过限幅或有过零发生，可配置在转换完成后产生中断事件 ? 当扫描结束或转换结果已经就绪，可触发DMA功能搬移转换结果数据 ? 通过减去预编程的偏移值，可实现采样纠正功能 ? 支持有符号或无符号结果输出

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? 支持单端或差分输入

? 三个模拟输入支持滞环PWM输出

本方案使用ADC与PWM的同步功能。此配置可以在所需的时间内完成对所需的逆变器电流和电压等模拟信号的同时转换。

1.3 参考文档

? DSP56800E and DSP56800EX Reference Manual， DSP56800ERM，Rev.3，可从freescale.com官网下载 ? MC56F827xx Reference Manual，MC56F827XXRM，Rev.1，可从freescale.com官网下载 ? FreeMASTER Software User’s Manual，freescale.com/FreeMaster，飞思卡尔半导体提供 ? Freescale’s Embedded Software Libraries，freescale.com/fslesl，飞思卡尔半导体提供 ? 飞思卡尔电机控制，freescale.com/motorcontrol，飞思卡尔半导体提供 有关最新文档版本，请访问freescale.com。

1.4 缩略语和缩写

表 1 缩略语

术语 AC ADC API FSLESL BEMF BLDC CCW COP CW DAC DC

交流电 模数转换器 应用程序接口

飞思卡尔嵌入式软件函数库 反电动势 无刷直流电机 逆时针方向 看门狗 顺时针方向 数模转换器 直流电

含义

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