基于DSP的高速电主轴变频器的研究

摘要

数字信号处理（DSP）相比于模拟控制，具有抗干扰性强、可实时控制和便于完成复杂算法等优势，目前已经成为当代电力电子领域的主要发展方向之一。本课题以三相交流异步电主轴为控制对象，以 TMS320F28335（32位浮点运算DSP芯片，主频150 MHz）为控制处理器，结合XDS510仿真系统，在CCS3.3软件开发环境下利用SPWM（正弦脉冲宽度调制）技术控制IGBT（绝缘栅双极型晶体管）桥臂组电路，实现了基于DSP的电主轴变频调速系统。
　　本文分析了各类变频调速控制技术的特性，结合异步交流电机的驱动特性和各控制方法下电主轴运行的机械特性、工作稳定性和软件实现等差异，确定了SPWM变频调速控制法。在此基础上对整个变频调速系统的整体电路硬件结构和软件进行设计。
　　硬件设计部分包括对主体电路中的整流电路、逆变电路、滤波电路、IGBT驱动电路和保护电路的PCB电路图设计，对各电路环节的元器件参数进行了计算，并结合电气行业标准完成了各电子器件的选型。本变频调速系统应用于输入电压为380 V的三相交流电工况，因此本设计重点分析了保护电路。设计了多个过流过压保护电路，阐述了各保护电路的工作原理，完成了参数计算和最终PCB电路图的设计。
　　软件设计部分完成了基于DSP F28335芯片的PWM控制的软件编写，确定了SPWM控制法的采样数学模型，并推导出时间点的计算公式。使用Simulink软件对系统整流电路和逆变电路进行了仿真测试，验证了系统设计方案的正确性，并检测各电路中的电流电压波形、峰值电压、电压有效值等参数，为最终的实物搭建做好充分的准备。
　　完成了DSP变频调速系统实物的搭建。利用示波器对PWM和SPWM控制系统的输出信号进行测量，对软件的各项功能进行检测，验证了控制系统数学模型及算法的正确性。搭建实验平台对交流电机进行变频调速控制，检测电主轴工作参数。实验结果证明，该变频调速系统能够有效工作，达到了预期的设计目标。

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第1章 绪 论

1.1课题的来源及研究背景和意义

1.2国内外研究现状分析

1.3主要研究内容

第2章 变频调速系统总体框架设计

2.1引言

2.2异步交流电机的驱动特性及调速方法的确定

2.3硬件电路框架的构建

2.4控制系统框架的构建

2.5本章小结

第3章 变频调速系统的硬件设计

3.1引言

3.2主电路的设计

3.3保护电路的设计

3.4本章小结

第4章 变频调速系统的软件设计

4.1引言

4.2 TMS320F28335的PWM控制

4.3 TMS320F28335的SPWM控制

4.4本章小结

第5章 变频调速系统的搭建与实验

5.1引言

5.2控制系统的搭建及实验

5.3电机驱动实验

5.4本章小结

结论

参考文献

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致谢