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利用TMS320240 DSP运算和电机控制功能实现SVPWM
摘要：本文给出了基于TMS320F240 DSP的SVPWM实现方法，该方法充分利用了TMS320F240 DSP片内电机控制模块的资源。同时应用于三相整流器系统中，实验结果证实所提出的实现方法是正确可行的。
关键词：空间电压矢量；数字信号处理器；事件管理器；整流器
1 引言
由Lasschke F B提出的新型PWM控制方式——空间电压矢量（SVPWM）控制一经问世，就迅速在电机调速系统中得到了广泛应用。SVPWM以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆形磁通，从而形成PWM波形。通过对隐含调制函数的分析[3]，SVPWM其实是一种改进的PWM控制方法，其调制函数为正弦调制函数和三次谐波调制函数的叠加，其直流利用率比SPWM高出15.47％。将此控制方法与德州仪器公司的TMS320F240 DSP相结合可提高系统的控制精度与可靠性。
2 TMS320F240 DSP
数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）是一种高速专用微处理器（MCU）。TMS320F240 DSP是德州仪器公司专门为电机控制应用而优化的工业用DSP控制器，具有实时算术运算能力，并集成了电机控制外围部件，使设计者只需外加较少的硬件设备，从而可以降低系统费用。图1为TMS320F240 DSP结构图。
TMS320F240具有一个非常重要的模块：事件管理器（Event Manager，缩写为EV）。EV是面向应用优化的外设单元和高性能DSP内核的结合，可以为所有的电机类型提供高速、高效和全变速的先进控制技术。EV模块包括3个通用定时器、3个全比较单元、PWM电路、4个捕获单元、正交编码器脉冲电路、中断逻辑等功能模块。它能输出12路CMP/ PWM脉冲，直接控制电机功率驱动器。其中3个全（Full）比较单元各带有比较输出控制逻辑，以定时器1为时基，可分别输出2路（共6路）带可编程死区控制的CMP/ PWM脉冲。通过设置定时器1为不同方式，可选择全比较单元输出非对称PWM波形、对称PWM波形或空间矢量PWM波形。可编程死区控制可以保证在任何情况下，受每个全比较单元的两路CMP/ PWM输出控制的功率器件的通断周期间没有重叠，防止上下桥臂的两个功率器件同时导通而引起的器件击穿，通过设置死区定时器的控制寄存器（DBTCON）相应位使延时时间发生作用。
3、SVPWM的实现
在TMS320F240 DSP中要产生一个PWM信号，需要一个定时器来重复产生一个与PWM周期相同的计数周期，需要一个比较寄存器保持调制值。比较寄存器的值不断与定时器的值相比较，当两个值匹配时，在相应的输出端就会产生一个跳变（从低电平到高电平或从高电平到低电平）；当两个值之间的第二个匹配产生或一个定时器周期结束时，相应的输出端会产生又一个跳变（从高电平到低电平或从低电平到高电平）。通过这种方法，所产生输出脉冲的开关时间就会与比较寄存器的值成比例。在每个定时器周期中，这个过程都会出现，但每次比较寄存器的调制值可以是不同的，这样在相应的输出端就会产生一系列脉宽可变的PWM信号。
为得到所需的PWM波形，需要对事件管理器寄存器进行配置，设置步骤为：
•设置和载入寄存器ACTR，提供输出动作控制的灵活性；
•如果需要死区，设置和载入寄存器DBTCON，其高8位作为死区定时器的周期值；
•初始化CMPRx，以调整PWM输出的脉冲宽度（占空比）；
•设置和载入COMCON，设置为不能进行比较操作的模式；
•设置和载入COMCON，设置为能进行比较操作的模式（为确保所有的全比较输出的起始状态正确，COMCON必须被写入两次）；
•设置和载入T1CON来启动操作；
•向CMPRx写入新的值。
用全比较单元产生对称的PWM信号，通用定时器1必须工作于连续加/减计数模式。在形成对称PWM波形的过程中，一个PWM周期内有两个比较值匹配：一个是在递增计数期间，另一个是递减计数期间。通用定时器1启动后，在每个PWM周期，比较寄存器均由新的比较值重写，以调整PWM输出的占空比，来控制功率器件的开关时间。因为比较寄存器是映象的，新的值可以在一个周期内的任意时刻写入。图2为全比较单元和PWM电路产生对称PWM波形的示意图。
SVPWM实现的部分程序如下：
ldp #232
splk #0000011001010101B,actr
splk #1000,t1pr
splk #0,cmpr1
splk #0,cmpr2
splk #1000,cmpr3
splk #0000001000000111B,comcon
splk #1000001000000111B,comcon
splk #1010100001000000B,t1con
b $
4、SVPWM在三相整流器系统中的应用
将SVPWM应用于三相整流器系统中，其占空比算法采用文献4中提出的简单控制算法（如表1所示），基于TMS320240 DSP建立数字控制系统，图3为控制系统实验框图。
5、结论
利用TMS320240 DSP运算速度快和特有的电机控制功能实现SVPWM，并应用于三相整流器中，获得了较为理想的实验波形。
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