DSP在电机控制系统中的应用

夏 伟

(哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040)

虽然市场上的电机体积小、价格低廉、运行质量也较好、性能比较优越，但是，实际应用中，电机面临着大电流波动和瞬时转矩问题，这给电机正常运行造成很大的影响，甚至会烧毁电机，所以，在电机控制系统中应用DSP技术，能对电流和电压进行控制。

DSP是数字信号处理的简称，其涉及领域较多，应用非常广泛。计算机技术和信息技术的发展推动了DSP技术的发展和应用。DSP控制器在电机控制系统中的应用可实现电机智能化控制，执行更为复杂的操作指令，具有操作简单、控制准确的特点，可实时检测电机运行状态，发现异常状况及时进行控制和保护，确保电机运行的稳定性。

1 DSP电机控制系统

1.1 系统结构

系统使用的是哈佛结构，是种并行体系结构，将程序和数据存储到不同的存储空间中，由两个独立服务器独立运行，使用各自的编码和访问路径，提升了系统数据的处理能力。

1.2 系统特点

DSP技术优化了电机控制系统，尤其是在硬件方面表现良好，可对电机进行智能化控制，操作难度较小，使电机变得轻便、操作简单、安装方便，提升了电机的实用性能，且能源消耗较少。

1.3 系统功能

DSP电机控制系统使用统一的控制电路，对系统硬件和软件进行统一控制和管理，依据不同的电机类型编写相应的控制程序，具有很好的适用性。如：DSP通过三相逆变器控制感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机等，这些电机的硬件类似，找出控制规律，进行程序编写，提高了系统的实用性。

2 DSP在电机控制系统中的应用

DSP技术实际应用过程中，需要根据电机用途编写控制程序，编写程序之前，要确定电机控制方式。控制方式决定着电机运行，而控制芯片是控制系统的核心，负责协调和控制系统各个部件的运行，其性能决定着系统功能的发挥，是系统的神经中枢。DSP控制系统的程序流程图，包含启停检测、故障诊断、电路保护等判断流程及控制流程的走向。当控制系统启动时，开始自检，判断系统运行状况，如果系统发出故障警告，由技术人员进行维修，若没有故障信息，由操作人员发出控制指令，确认执行指令操作后，系统正常启动。

2.1 启动控制

晶闸管控制着系统的启动，是电机控制系统的开关，电机的端电压除了与功率因数有关，还与触发角有着密切联系，但是端电压和控制角之间缺少相同的控制属性。PID控制算法简单、实用性强、应用广泛，控制参数之间没有关联，且参数计算简单，实践和理论证明，其是最优控制器。使用PID控制电机启动，应用其自动化调整功能，对控制参数出现的偏差进行调整，根据电机参数变化，调整电机控制策略，保证电机稳定运行，可实现DSP控制系统的智能化控制。电机启动有两种，即限流和全压。限流启动的原理是将PID控制应用于电机控制系统，通过调整电机允许的最大电流，来控制电机启动，当PID控制接收到电流处于稳定值的反馈信号后，结束启动控制。全压启动的原理是控制角的触发脉冲快速增长至最大值，同时端电压增长至给定值，电机控制系统中的过电流需设置较高，一般为给定值的5倍，当电机内的启动电流超过系统的过电流给定值时，PID控制启动，通过降低电机电流，进行电机启动控制。

2.2 停车策略

停车主要分为自由停车和软停车两种控制策略。自由停车控制，主要是控制门极信号，关闭晶闸管后，晶闸管中失去了电流，导致没有电压输出，端电压的输入电压变为零，受到负载和转矩的影响，实现了停车，只有在要求停车的情况下，才可以进行停车操作，正常情况下，是不需要进行停车操作的。软停车，是缓慢停止电机运行，将电机中的电压通过控制器的调节，按照一定速率，缓缓降低电压的输入，端电压逐渐变小，电机转矩也随着减小，当电压降到最低值时，电机中输入的电压不能驱动电机运行，电机停车。使用DSP电机控制系统可控制晶闸管的控制角，逐渐减少电压输入，给电机一个缓冲时间，使正常运行的控制角发生移动，逐渐降低端电压，当降到最低值时，电机进入停机状态。

2.3 硬件设计

2.3.1 信号检测电路

信号检测电路中应用三相交流调压器，可检测控制信号，得到信号后进行电机的控制操作。其运行原理是调压器检测到信号后，产生同步脉冲信号，在电路中形成同步脉冲，晶闸管接收到触发脉冲，使控制角发生180°的移动。使用三相交流调压器检测定子电流，通过检测电流大小，作为检测电路的信号来源。

2.3.2 电压检测电路和故障保护电路

电压检测电路使用了三相整流器，电路检测母线电压，输入到整流器中，通过电压控制，完成对电机的监控。故障保护电路，将采集到的电压、电流数据输入到光电耦合器中，产生控制信号，传输至DSP控制器，经控制器判断后，执行控制系统的保护指令。

2.3.3 DSP控制器

DSP控制器作为电机的大脑，对电机运行进行全面的控制、监管、保护，运行机制主要是外部发出控制信号，由芯片接收后，将信号传输给DSP控制器，经由晶闸管的控制角，将控制信号传输给驱动电路。设置外部传感电路，实时检测电压和电流信号，通过接收到的过压和欠压信号，发出控制指令，调整电压波动。根据检测到的过流和中断信号，及时发现电流异常，并发出保护指令，对电机进行控制和保护。

2.3.4 晶闸管

DSP控制系统通过编写的程序，判断电机的运行状况，并发出控制指令，由PWM信号输出端口输出调制的脉冲，形成晶闸管触发脉冲，然后输入到光耦合器件，经过反相器处理后，使触发信号放大，进入脉冲变压器，实现DSP对晶闸管的控制。

3 结语

DSP技术作为一种新型技术，通过对电压和电流信号的采集和处理运行编写的程序，对电机进行启动、停车处理，提升了电机整体性能，促进了电机控制系统的智能化发展。DSP电机控制系统具有自动检测功能，可判断电机启动状态，保证电机正常启动，实时监管电机运行过程中电压和电流的波动情况，当发现异常后，及时进行调整，维护电机稳定、安全运行，提升电机运行效率。