摘要：首先简单介绍了ISC系统原理，然后介绍了以TWIS320F2812DSP为核心控制器和智能功率模块的硬件系统，同时给了主程序和相关子程序流程同。最后，在理论研究的基础上完成了车用永磁同步电机起动实验台的设计和调试，对样机做r起动实验并验证了实验结果与仿真结果的一致陆。

    关键词；TMS320F2812DSP;智能功率模块；永碰同步电机

    中图分类号：TM341  文献标识码：A  文章编号：1004-7018(2010) 07-0054-03

    近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得到迅速的推广应用。目前已经广泛应用于航空相汽车上的起动／发电一体化系统中。本文介绍了ISC系统的原理，然后采用TMS320F2,812DSP作为核心处理器的控制器和智能功率模块rl来设计永磁同步电机的数字控制系统。该系统硬件电路结构简单，易于实现，并且具有优良的运算控制性能。同时由于DSP高速运算功能，使得该系统更加趋于智能化和多功能化。

    汽车上采用的起动机和发电机是两个重要的分离电器装置，它们在各自的位器上分别承担起动和发电的任务。而起动／发电一体化是一种将起动和发电功能基于一体的电机，起动／发电一体化系统主其他电器组成。电机是系统的执行机构。起动和发电机功能就是通过它来实现的。其原理就是让发电机兼作起动电机用，从能量的转换角度来看，电机将电能转化为机械能，就是电动机运行，在起动和低速运行时，发动机工作效率很低，此时需要借助电动机来辅助驱动，这样可以降低油耗，减少二氧化碳的排放量，当汽车达到某一速度后，电机将机械能转化为电能，就是发电机运行。发动机怠速或汽车刹车时回收制动机械能，电机作力发电状态向蓄电池充电；当汽车加速或过载时，电动机与发动机协调工作，补充发动机动力的不足。任何一台电机都可以在这两种状态之间转换，即电机的可逆性原理。

    本文给出了一种ISG永磁同步电机的数字控制系统：目前针对该系统可供选择的电机主要有永磁同步电机、开关磁阻电机、无刷直流电机等等：

    系统硬件平台的控制板是以TMS320F2812芯片为核心，实现永磁电机控制系统的开环、半闭环和全闭环的高精度控制。系统硬件主要包括永磁同步电机、主回路、系统控制回路。如图1所示。

    由图1可知，主回路部分主要包括整流环节、滤波环节、逆变器。系统控制回路包括DSP、驱动电路、检测电路、保护电路等。

TM5320F2812通过电流检测单元获得所需要的电流信号，从位置检测器获得所需要的转子位置信号，再通过与上位机通信获得给定的位置、转速和运行方式，经过一系列的变换比较和运算，获得所需 的PWM信号，PWM信号经过光耦隔离后，由IPM模块控制PMSM。

  

    电流采样时采用莱姆公司的LTS6 -NP电流传感器。信号处理电路由信号的放大和电压偏置电路组成。因为该系统DSP中A/D模块的参考电压设定为0~3.3 V，而采样信号为近似正弦的交流信号，故需把采样信号变换到-1.6 V—+1.6 V之间，然后再偏置到O～3.3 V之间。TMS320F2812的l2位模数转换带内置的采样保持器，2个8通道的输人多路转换器。由于采样系统的输出的范围是O~33V，ADC模拟输入参考电压的低电压输入端接地，高电压输入端接3,3 V，转换分辨率为3.3/1 024 V。

    该系统电动机转子速度的检测电路采用增量式光电码盘检测器，其输出可以用来检测转子的速度。光电码盘检测器精度高，输出信号比较平滑，不需滤波，幅值也不受电动机转速的影响。当电动机运转时，光电码盘随之同轴旋转，并发出A、B两组脉冲和一组同步脉冲C信号。A、B两组脉冲信号的频率相同，频率的快慢和电动机转速成正比：可以根据两脉冲的前沿到达时刻不同，用来判断电动机的正反转方向。若电动机正转，在脉冲信号A出现时，脉冲信号B为低电平；若电动机反转，当脉冲信号A出现时，脉冲信号B为高电平，据此可判断电动机的旋转方向。把脉冲信号A微分取其前沿脉冲信号与脉冲信号B做出逻辑运算：如两信号均为高电平，逻辑输出V/R信号为低电平，表示电动机反转，控制计数器做减法运算。反之，V/R信号为高电平，表示电动机正转，计数器做加法运算：

    功率驱动电路可以采用第三代电力电子器件IPM作为该系统的功率开关器件：IPM将功率开关器件及其驱动电路、保护电路、测控电路、甚至与微机的接口电路集成在同一封装内的集成模块内部。大大减少了系统的元器件数，使得设计电路更加简单，并且使得系统体积尽呵能地减小，同时提高系统的可靠性。该系统采用的IPM为三菱公司的PS21265APr。额定电压为513 V，额定电流为20 A。

    为了防止IPM模块电路工作状态的变化对DSP核心电路带来干扰，IPM控制端与DSP信号控制端之间可以用高速光耦进行隔离，并且可以用电容对信号进行去耦和滤波。

    为了实现DSP和上位机的遁信和控制，利用串行通信专用芯片MAX232C1和集成于DSP内部的SCI控制器，实现基于RS232串行接口与上位机的数据通信和整个控制系统的监控。由于RS232****的特点是采用r负逻辑，逻辑1的电平是3 V~15 V，逻辑O的电压是3 V—15 V，因此在使用时就有一个电平转换接口问题=在这里采用自升压的集成芯片MAX232C1来构成，只由Sv电源来供电，电平转换所需的±10 V电源由片内电荷泵产生。

    主程序主要包括初始化、读取油门刹车信号、工况判断和状态位、起动子程序和发电子程序等：初始化主要包括DSP内核、I/O口的配罱、中段配置等等。系统在完成初始化之后，进行油f 刹车信号读取，通过工况判断，决定永磁同步电机何时作为起动机用，何时作为发电机用。主程序控制流程图如图2所示。

 

   采样中段程序主要完成电路中的电流、电压采样，其流程图如图3所示。   

      

    起动控制子程序主要采用****转矩／电流控制。****转矩／电流控制是指在转：矩给定的情况下，****配置横轴和纵轴电流贫量，使雾定子电流最小，即单位体积电流下电机输出转矩****的矢量控制方法。发电控制包括电流闭环控制和

  

    ISC实验系统由电动实验平台和发电实验平台构成，分别用于测试表面凸装式永磁同步电机在电动和发电状态下运行时的物理量，实验系统包括1.5 kW四极表面凸装式永磁同步电机调速系统、交流调速电动机、涡流测功机、转矩转速传感器等。为了测得实验所需要的波形，必须安装CCS2000 2 2以上版本的ccs环境，通过TMS320F2812开发板软件调试，得到SVPWM脉冲信号波形如图6所示。

    图7为SVPWM脉冲经IPM后输出的线电压的波形，电压频率为50 Hz，和理论以及仿真结果一致。

   

    实验中对i相电流进行了检测，在电流频率为50 Hz时的波形如图8所示。所采集的电流为霍尔传感器输出经100 Ω采样电阻转变为电压后的波形对应的相电流，幅值很小。在空载情况下，和理论上以及仿真中电机相电流的大小和相位基本相符。

 

    从实际运行结果可以看出，实际系统的运行性能基本上符合了预期达到的目标。试验结果与仿真基本相符，从而验证了数字控制系统实现的可行性，电为实际制造ISC系统的永磁同步电机打下了坚实的基础。