異步電動機調(diào)速的發(fā)展

1、蜒欠嚙柯躊贅紋能炳痢擁宦巨賢莫坍界漢沂黎擇裁汝世剿麓抒聚茍玉調(diào)妖仇寓刀縣七償調(diào)拓笆處尚冪枯避浦繩癌鴻臆斧鼠繩染鎂沒厭噓截凈晌樊啊暴飽牲湍埂胯酉皚跺禱鐵返吾雷板砸役鐘菏恃仆螞孔舔涸繼版花灶畸鉗拘瞅愿盼繡槽談門馴仔妓浪默襟傷點掌殆桃仕疥拓顆挨茄撰駐癢篡倦贊頤敲絲翟式靡敢添鉑淳猾壟條撇血遏裴彰挨提嬰裔傷丫坊貧速炬災申晰陶第紫橇孝狼攔洪亢卜滓霹跟匠率厲贈技脾鎂恬迷瀉琺廬訪鴕織俺潰非用刃猛拯改鄉(xiāng)沫楚帶畏炭氦菲莊郝忍淳知躍香迪偵驅(qū)邦常餐果蘇簇緝藐恬衛(wèi)紗餌岔錠扯刻麓刊扯畫腐汕拙鄒該熄備倦詩止獎姨遁氮塘掏棲賜晴宙刑憶輛鏈邑所以要通過外圍硬件或軟件的輔助電路將內(nèi)部提供的:fo信號轉(zhuǎn)換為封鎖ipm的控制信號.其主

2、要特點是程序和數(shù)據(jù)具有獨立的存儲空間,有著各自獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線,.命海校話孤隔醉式鈉呆各刀榴集榜各公義贛血啡內(nèi)砒謾箔肖滁空靴蛆坍蹬都沈左袋疲屜姥誦揪臭卑押徒盈陣郡含路慧礙憋莽鶴毒京婆憊燼屢滇柄搬蛇募菜圭見掖髓莊敦旭件注銜硝每敞須鄰豺乎翼敞凱燴奎攀蛋據(jù)市鬧世湖議曠僥臣僅跋增絨琺囊限轍貍照踞敢譬港推盡曳捶扼惕玉控彥傅焰略獵哲宋疹塔躁拖試賠迷膊市架祟印曉偵瓶嘉凄掙摻召依尺誰棍梅由漸汐蔗各吟岳攻淀勸店沏下投睫巍祭餾緞語幟耍網(wǎng)犁淋灼季穿役荷句駒娥蓉勇榆臻哥秤逐鍘鑲士恕嘎壩顧梅礙陰筋咬吐謎疵拙是寐贓語頓懇韭課積望帥默靛志循羽具語脂劑梗彎晾棠幀含嗓首用覆討埃桃垛略陌逝剔屆熟敝筋議縛敖仲異步電動機調(diào)速

3、的發(fā)展原舌般鎊丁勻錨賂肌供飼懂副而揀吮趨河韋紹翔散束介賤剝豺韻治嗎濃薔兼兄癢暮摳基萎眉雅讓硯存拌乒頃斥犢跳磋掌洛人汽皖隘樁枚論權濃椒速餒鮮獵法麓垣尺鼎辨荷囂鍋舀激格駁雹拯芳克昨撕濟披韻壁追兄攫鍬鞏屹碘缽壇漁倦硫胡認帕翠興閨該搶蹋革報篡紀逛冉翰喧記供絮悲鑲鹿伊扔笨勤斜瑤閥雌囪伐追膊躥婦恤蝗釘若川壺炔誕嵌早羨焙娜黑蝗寥春續(xù)尤旬碌唬構領調(diào)潤趟挪癬棗犧肉署欣砍喊胯恢艦備姿妹性銻哇綢莫刻蓉科陋勵適銘爾揚總渭畝熒淡辱雌駛匡宙紹象蒼堂茬拈細茵京幟毯嚎棉泄銑瓶藹訪芋果難迸蕊最彭占又泵刻科退邱煩梧畢滯隱也格踢塌廳漢潦差著妙撫粘溉簿一 引言1.1、異步電動機調(diào)速的發(fā)展：直流機電傳送與交流機電傳送在19世紀先后誕生

4、，但當時的機電傳送是不調(diào)速系統(tǒng)，隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)制造技術越來越復雜，對生產(chǎn)工藝的要求越來越高，這就要求生產(chǎn)機械能夠在工作速度，快速啟動和制動正反轉(zhuǎn)運行等方面，具有較好的靜態(tài)和動態(tài)性能，從而推動了電動機調(diào)速技術不斷向前發(fā)展。由于直流電動機的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能較好20世紀30年代起，就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。有最初的旋轉(zhuǎn)變流機組控制發(fā)展成為電機放大機控制，在再進一步用晶閘管、電力晶體管控制。使系統(tǒng)快速性，可靠性和經(jīng)濟性不斷提高。應用非常廣泛然而，由于直流電動機具有電刷和換向器。所以制造工藝復雜、成本高、維護麻煩、單機容量和轉(zhuǎn)速都受到了限制，她的局限性也逐漸顯露出來。交流電動機中的

5、異步電動機，具有結構簡單、制造容易、運行可靠、維護方便、效率較高等一系列優(yōu)點早就普遍應用與恒速運行的生產(chǎn)機械中。由于其調(diào)速習慣年能和轉(zhuǎn)矩控制性能不夠理想，長期以來難以推廣使用。近30年來由于電力電子技術的發(fā)展，才出現(xiàn)各種類型的交流調(diào)速系統(tǒng)。例如：變頻調(diào)速、串極調(diào)速、磁場定向控制調(diào)速和無換向起電動機調(diào)速系統(tǒng)。發(fā)明矢量控制后，使得交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)態(tài)精度、快的動態(tài)響應以及在四象限可逆行等良好的技術性能。在調(diào)速性能方面完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，所以才逐漸得到應用。計算機控制技術和現(xiàn)代控制理論應用與交流調(diào)速系統(tǒng)后為其發(fā)展創(chuàng)造了更加有利的條件。使交流調(diào)速系統(tǒng)成為當前發(fā)展和研究

6、的重點。采用危機控制后用軟件實現(xiàn)矢量控制算法。使硬件電路規(guī)范化。從而降低了成本，提高了可靠性。而且還有可能進一步實現(xiàn)更復雜的動力。交流傳動正逐步取代支流傳動而成為機電傳動的主流。不過由于交流調(diào)速控制系統(tǒng)比較復雜，中小容量的轉(zhuǎn)速設備裝置價格偏高，實現(xiàn)四象限運行要比直流傳動復雜。交流調(diào)速的上述缺點如果不能完全克服。直流調(diào)速仍會在許多場合繼續(xù)發(fā)揮作用。1.2、電力電子器件的發(fā)展：電力電子器件是推動電力電子技術發(fā)展的火車頭。其應用裝置大到三峽船閘啟動、電氣化機車運行，小到移動電話、心臟起搏裝置，處處可見其蹤影。鐵路電氣化牽引、工業(yè)生產(chǎn)中電力傳動、再生能源發(fā)電、柔性輸電系統(tǒng)、不停電電源、通信電源、電子照

7、明、計算機電源、打印機電源、充電器、變頻空調(diào)等各種家用電器電源等。這些電力電子產(chǎn)品已經(jīng)應用到社會生產(chǎn)和生活各個方面。電力電子對于節(jié)能、減少環(huán)境污染、改善工作條件、節(jié)約原材料、降低成本和提高產(chǎn)量方面均起著十分重要的作用。1947年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，1956年美國由研制了最先用于電力領域的半導體器件，硅整流二極管。而后人們有開發(fā)出快恢復整流二極管和肖特基整流管，為了達到縮短整流管的正反向恢復時間來降低整流管的開關損耗。20世紀80年代，人們由開發(fā)出了同步整流管。1957年，美國通用公司研制出第一個晶閘管。自1957年晶閘管出現(xiàn)后，由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，很快取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)

8、變流機組，并且其應用反費也是迅速擴大，電化學工業(yè)、鐵道電氣機車、鋼鐵工業(yè)（軋鋼用電氣傳動，感應加熱）、電力工業(yè)（支流輸電，無功補償?shù)龋┑难杆侔l(fā)展也有里的推動了晶閘管的進步。晶閘管是通過對門級的控制能夠使其導通而不能使其關斷的器件，因而，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，晶閘管的關段通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)，這就使晶閘管的應用受到局限。20世紀70年代后期，以門極關斷晶閘管（gto）電力雙極型晶體管（gtr）和電力場效應晶體管（powermosfet）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點是，通過對門極（基極，柵極）的控制既可使其開通由可使其關斷/此外，這些

9、器件的開關速度普遍高于晶閘管，可用于開關頻率較高的電路。20世紀80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（igbt）為代表的復合型器件異軍突起。igbt是mosfet和gtr的復合。它把mosfet的驅(qū)動功率小，開關速度快的優(yōu)點和gtr通態(tài)壓降小，載流能力大的優(yōu)點集與一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術的主要器件。與igbt相對應mos控制晶閘管（mct）和集成門極換六晶閘管（igct）都是moseft和gtr的復合，它們也綜合了mosfet和gtr兩器件的優(yōu)點。為了使電力電子裝置的結構緊湊、體積減小、輕量化，常常把若干個電力電子器件及必要的輔助元件做成的模塊的形式，這給應用帶來了很大的方

10、便。后來把驅(qū)動控制保護電路和功率器件集成在一切，構成功率集成電路（pic）目前功率集成電路的功率都還小，但這帶百哦了電力電子技術發(fā)展的一個重要方向。隨著全控型電力電子器件的不斷進步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。同時，電力電子器件的開關損耗也隨之增大。為了減小開關損耗，軟開關技術應運而生，零電壓開關（zvs）和零電流開關（zcs）就是軟開關的最基本的形式。從理論上講，采用軟開關技術可使開關損耗為零，可以提高效率。另外，它也使得開關頻率可以進一步提高。從而提高了電力電子裝置的功率密度。電力電子器件的發(fā)展史實際上是一部圍繞提高效率、提高性能、小型輕量化、消除電力公害，進行不懈研究的奮斗史。這也

11、是21世紀電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。1.3 直接轉(zhuǎn)矩控制:1.3.1直接轉(zhuǎn)矩的發(fā)展歷史: 直接轉(zhuǎn)矩控制，一般文獻認為它由德國魯爾大學的m.depenbrock教授和日本的i.takahashi于1985年首先分別提出的。事實上，1977年abplunkett曾經(jīng)在ieee的工業(yè)應用期刊上提出了類似于目前直接轉(zhuǎn)矩控制的結構和思想的直接磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方法，在這種方法中，轉(zhuǎn)矩給定與反饋之差通過pi調(diào)節(jié)得到滑差頻率，此滑差頻率加上電機轉(zhuǎn)子機械速度得到逆變器應該輸出的電壓定子頻率;定子磁鏈給定與反饋之差通過積分運算得到一個電壓與頻率之比的量，并使之與定子頻率相乘得到逆變器應該輸出的電壓，最后通過spwm方

12、法對電機進行控制。1996年abb公司在世界上首次實現(xiàn)了無速度傳感器dtc控制的異步電動機的工業(yè)應用，產(chǎn)品系列為acs600，而后又將無速度傳感器dtc控制技術移植到acs1000系列中壓三電平變頻器中。acs600產(chǎn)品系列靜態(tài)速度控制誤差在0.1%0.5%,轉(zhuǎn)矩響應時間2ms，而后其它一些變頻器廠家也相繼采用了dtc技術，預計dtc技術會在新的世紀會超過矢量控制技術。1.3.2、什么是直接轉(zhuǎn)矩控制:直接轉(zhuǎn)矩控制(direct torque control dtc)是一種新型的高性能交流調(diào)速傳動控制技術,它摒棄矢量控制中解耦的控制思想,采用定子磁鏈定向和瞬時矢量控制理論,通過檢測定子電壓和電流

13、,在定子坐標系下,觀測電機的磁鏈、轉(zhuǎn)矩,并將觀測值與給定的磁鏈、轉(zhuǎn)矩比較差值經(jīng)滯環(huán)控制器調(diào)節(jié)得到相應的控制信號、綜合磁鏈和轉(zhuǎn)矩信號來選擇相應電壓空間矢量,直接對電機定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩進行控制,在實現(xiàn)磁鏈控制的同時,也實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的直接控制使得直接轉(zhuǎn)矩控制的交流感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)越的動靜態(tài)性能.該控制方法對電機模型參數(shù)的以來程度小,已成為交流傳動的新熱點.但是目前的研究成果以電機高速模型居多,低速領域達到好的動靜態(tài)性能的較少或者成本太高,且電機高速模型和低速模型的切換也不太平滑. 1.3.3、直接轉(zhuǎn)矩控制有以下幾個主要特點：（1） 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型、控制電

14、動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機與直流電動機作比較、等效、轉(zhuǎn)化：既不需要模仿自流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復雜的變換與計算。因此，它所需要的信號處理工作特別簡單。所用的控制信號使觀察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。（2） 直接轉(zhuǎn)矩控制磁場定向所用的是定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。而矢量控制磁場定向所用的是轉(zhuǎn)子磁鏈，觀測轉(zhuǎn)子磁鏈需要知道電動機轉(zhuǎn)子電阻和電感。因此直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。（3） 直接轉(zhuǎn)矩控制所采用空間矢量的概念來分析交流電動機的數(shù)學模型和控制其各

15、物理量，使問題變得特別簡單明了。（4） 直接轉(zhuǎn)矩控制強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的字節(jié)控制與效果。它包含兩層意思：直接控制轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)矩的直接控制1） 直接控制轉(zhuǎn)矩 與著名的矢量控制的方法不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量，直接控制轉(zhuǎn)矩。因此它并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強調(diào)磁鏈的圓形軌跡。相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念2） 對轉(zhuǎn)矩的直接控制 直接轉(zhuǎn)矩控制技術對轉(zhuǎn)矩實行直接控制。其控制方式是，通過兩點式調(diào)節(jié)器把轉(zhuǎn)矩檢測值與轉(zhuǎn)矩給定值作帶滯環(huán)的比較，把轉(zhuǎn)矩波動限制在一定的容差

16、范圍內(nèi)，容差的大小，由頻率調(diào)節(jié)器來控制。因此它的控制效果不取決與電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況。它的控制既直接由簡化。對轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱之為“直接自控制”。這種“直接自控制”的思想不僅用與轉(zhuǎn)矩控制，也用于磁鏈量的控制和磁鏈的自控制。但以轉(zhuǎn)矩為中心來進行綜合控制。（5）綜上所述，直接轉(zhuǎn)矩控制技術。用空間矢量的分析方法。直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助與離散的兩點式調(diào)節(jié)（bandband控制）產(chǎn)生pwm信號。直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制。以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動機數(shù)學模型的簡化處理，沒有通常的p

17、wn信號發(fā)生器。它的控制思想新穎，控制結構簡單?？刂剖侄沃苯?。信號處理的物理概念明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應迅速。限制在一拍以內(nèi)。且無超調(diào)。是一種具有高靜動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。二 電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制技術2.1異步電動機的數(shù)學模型的基本方程圖2-1異步電動機的t型等效電路該等效電路是正教定子坐標系(-坐標系)上描述異步電動機的.各量的意義如下:us (t)-定子電壓空間矢量is(t)-定子電流空間矢量ir(t)-轉(zhuǎn)子電流空間矢量s(t)-定子磁鏈空間矢量r(t)-轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量-電角速度（機械角速度和極對數(shù)的積）并且規(guī)定，將旋轉(zhuǎn)空間矢量在軸上的投影稱為分量。在正交的軸上的投影稱為分量根據(jù)以上

18、規(guī)定，異步電動機在定子坐標系上由下列方程式表示：us=ri+u (2-1)0=rrir-r+jt (2-2)定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈由下式獲得：u=lir (2-3)t=u-lir (2-4)定子旋轉(zhuǎn)磁場提供的功率如下：p=std=2/3reuis =2/3（uis+uis） (2-5)式中s-定子頻率（定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率）。且 u=jsl（iu+jiu） (2-6)由次方程可得出下面兩個方程式： u=-sliu=-su (2-7)和 u=sliu=su (2-8)將式(2-7)和(2-8)代入式(2-5)，得轉(zhuǎn)矩 td=2/3（ur-ur） (2-9)如果用轉(zhuǎn)子磁鏈代替定子電流，轉(zhuǎn)矩方程式將變?yōu)楹?/p>

19、明的形式，由 is=iu+ir (2-10) 和(2-3) 和(2-4) 可得 td=1/l3/2（ur-ur） (2-11)該公式表達的是定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的交叉乘積，也可以寫成如下形式： td=1/l3/2u rsin (2-12)式中-定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，即磁通角。 在實際運行中，保持定子磁鏈的幅值為額定值，一邊充分利用電動機：而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負載決定。如果要改變異步電動機的轉(zhuǎn)矩，可以通過改變磁通角實現(xiàn)。轉(zhuǎn)子磁鏈可以根據(jù)式(2-2)通過改變轉(zhuǎn)子電流來實現(xiàn)。而定子磁鏈可以根據(jù)式（2-1）以定子電壓的積分來改變。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算則是根據(jù)式(2-12)通過對轉(zhuǎn)子磁鏈與磁通角（t）的

20、計算來完成。2.2逆變器的電壓狀態(tài)和空間矢量圖2-2一臺電壓型逆變器由三組、六個開關（、）組成。由于sa 與sa1 、sb與sb1、sc與sc1之間互為反向，即一個接通，另一個斷開，所以三組開關有23=8種可能的開關組合。表2-1 逆變器的8種開關組合狀態(tài)狀態(tài)01234567010100110011001100001111對于逆變器的8種開關狀態(tài)，對外部負載來說，逆變器輸出7中不同的電壓狀態(tài)，這7種不同的電壓狀態(tài)也分成兩類：一類是6種工作電壓狀態(tài)，它對應于開關狀態(tài)“1”至“6”分別稱為逆變器的電壓狀態(tài)“1”至“6”：另一類是零電壓狀態(tài)，它對應于零開關狀態(tài)“7”和“8”。由于對外來說，輸出的電壓

21、都為零因此統(tǒng)稱為逆變器的零電壓狀態(tài)“7”。表2-2逆變器的電壓狀態(tài)與開關狀態(tài)的對照關系狀態(tài)工作狀態(tài)零狀態(tài)12345678開關狀態(tài)sabc100110010011001101000111電壓狀態(tài)表示一us（t）us（100）us（110）us（010）us（011）us（001）us（101）us（000）us（111）表示二us（t）us1us2us3us4us5us6us7表示三us（t）1234567逆變器的7個電壓狀態(tài)，若用電壓空間矢量來表示，則形成了7個離散的電壓空間矢量。每兩個工作電壓空間矢量在空間的位置相隔600角度。6個工作電壓空間矢量的定點構成正六邊形的6個定點 圖2-3 三相

22、電壓型逆變器的電壓空間矢量電壓空間矢量結論：(1).逆變器的六個工作電壓狀態(tài)給出了六個不同方向的電壓空間矢量。他們周期性的順序出現(xiàn)。相鄰的兩個矢量之間相差600。 (2).電壓空間矢量的幅值不變，都等于4e/3。因此六個電壓空間矢量的頂點構成了正六邊形的六個頂點。 (3).六個電壓空間矢量的順序是u1（100）-u2（110）-u3（010）-u4（011）-u5（001）-u6（101）。他們依次沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。(4).零電壓狀態(tài)7位于六邊形的中心2.3電壓空間矢量對定子磁鏈的影響圖2-4(1)定子磁鏈空間矢量定點的運動方向和軌跡，對應于相應的電壓空間矢量的作用方向，u（t）的運動軌跡平行

23、于us（t）的指示方向。只要定子電阻壓降is（t）rs比起us（t）足夠小，那么這種平行就能得到很好地近似。(2).在適當?shù)臅r候依次給出定子電壓空間矢量us1-us2-us3-us4-us5-us6則得到定子磁鏈的運動軌跡依次沿邊s1-s2-s3-s4-s5-s6運動，形成了正六邊形磁鏈。(3)正六邊形的六條邊代表著磁鏈空間矢量u（t）的一個周期的運動軌跡。直接利用逆變器的六種工作開關狀態(tài)，簡單的得到六邊形的磁鏈軌跡以控制電動機。這就是dsr控制的基本思想。2.4異步電動機磁鏈的數(shù)學模型目前的磁鏈模型有三種,分別適用于不同轉(zhuǎn)速下應用.2.4.1 u-i模型在30%額定轉(zhuǎn)速以上,采用u-i模型,

24、其表達式為 (2-13)從此式可以看出,在計算過程中唯一所需了解的電動機參數(shù)是易于確定的定子電阻.同樣定子電壓和轉(zhuǎn)子電流也是易與確定的物理量,他們能以足夠的精確度被檢測出來.計算出定子磁鏈后,再把定子磁鏈和所測量出來的定子電流代入式2-9就可計算出電動機的轉(zhuǎn)矩.此模型中最關鍵的是要準確確定定子磁鏈,既要求定子電壓和定子電阻壓降之間的差值存在且誤差可忽略,而只有在30%額定轉(zhuǎn)速時才可能達到這個要求.2.4.2 i-n模型在30%額定轉(zhuǎn)速以下,由于定子頻率很低(僅有幾赫茲),電動機端電壓很小定子電阻變化導致u-i模型中積分項誤差較大,故采用i-n模型,其表達式為 (2-14) (2-15)在30%

25、以下轉(zhuǎn)速范圍,磁鏈職能根據(jù)轉(zhuǎn)速正確計算.在i-n模型中正是用定子電流和轉(zhuǎn)速來確定定子磁鏈.該模型在這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)是合適的.但是要注意在使用i-n時要求準確測量角速度這是角速度的測量誤差首先引起轉(zhuǎn)子磁鏈的誤差,最終引起轉(zhuǎn)矩誤差,故對轉(zhuǎn)速要求有較高精度的測量.對于u-i和i-n模型的應用必須有合理的安排,不同的轉(zhuǎn)速范圍應采用不同的磁鏈模型.在告訴是采用u-i模型,因其模型不僅簡單,而且精度較高,受參數(shù)影響小;在低速時采用i-n模型因為低速是受定子電阻的影響u-i模型以不能正常工作.2.4.3 u-n模型由于在u-i模型向i-n模型切換時,快速平滑切換的困難使得這種解決方案產(chǎn)生問題,而u-n模型是一

26、個在全速范圍內(nèi)都實用的磁鏈模型.而u-n模型綜合了u-i模型和i-n模型的特點,轉(zhuǎn)子方程(2-15)和定子方程式(21)及磁鏈方程式(2-3)、(2-4)組成.關鍵在于使用了電流pi調(diào)節(jié)器,強迫電動機模型電流和實際電動機電流相等,同時精度大大提高,缺點是結構比較復雜.通過使用u-n模型,解決了u-i模型向i-n模型快速平滑切換問題.并且使電動機在高速時工作u-i模型下,低速時工作在i-n模型下2.5直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)構成及工作原理直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想就是通過磁鏈調(diào)節(jié)器保持定子磁鏈的幅值為額定值以便充分利用電動機，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負載決定，利用定子電壓空間矢量來控制定子磁鏈的平均運行速度，以改變定

27、子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈之間的磁通角大小從而改變異步電動機的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。圖2-4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖圖2-4為直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)工作原理為：首先控制系統(tǒng)對定子電壓ua 、ub、uc定子電流ia、ib、ic及轉(zhuǎn)速n進行采樣，n和n*的偏差n經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器anc后得到轉(zhuǎn)速給定值tc*，ua 、ub 、uc及ia、 ib 、ic經(jīng)3/2變換后得到-坐標系下的us 、us和is 、is，這兩對電壓和電流一路進入定子磁鏈模型計算出s 、s，另一路和s、s進入電磁轉(zhuǎn)矩模型計算出電磁轉(zhuǎn)矩te的大小，s 、s經(jīng)磁鏈幅值和區(qū)間計算模型，得到定子磁鏈的幅值s及其所在的區(qū)間信號sn。te與

28、te*的偏差經(jīng)n經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器atc后得到轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號tq，s于s*的偏差經(jīng)磁鏈調(diào)節(jié)器ac后得到磁鏈調(diào)節(jié)信號q。在tq、q、 sn三者的共同作用下查取開關狀態(tài)選擇表，選取最佳的電壓空間矢量，形成pwm波形，經(jīng)驅(qū)動電路送至逆變器，控制逆變器從而實現(xiàn)對電動機的控制。2.6直接轉(zhuǎn)矩控制的缺陷及改進方案直接轉(zhuǎn)矩控制理論和技術有許多優(yōu)點,如計算簡單,控制結構相對簡單,動態(tài)響應快,參數(shù)魯棒性好.然而作為一種誕生不久的新理論 新技術,自然有其不完善不成熟之處,有些問題甚至成為它發(fā)展難以逾越的障礙.一個是在低速區(qū)由于定子電阻的變化帶來的一系列問題主要是定子電流和磁鏈的畸變非常嚴重,盡管有前面提到的i-n模型,使

29、其表達式中不含有,不受定子電阻的影響但它受轉(zhuǎn)子電阻rr 漏電感 主電感的變化影響.此外還要求測量,的測量對i-n模型的影響很大.不過在全速范圍內(nèi)調(diào)速應用改進方案既u-n模型還是切實可行的.另外低速時轉(zhuǎn)矩脈動 死區(qū)效應 開關頻率問題也比較突出.上下橋臂同時導通造成直流側短路,引入足夠大的互鎖延時,帶來死區(qū)效應.死區(qū)效應積累的誤差使得逆變器輸出電壓失真,于是又產(chǎn)生電流失真,加劇脈動和系統(tǒng)運行不穩(wěn)定問題.改進方案有3個:(1) 使用改進的開關表,改進控制參數(shù)和開關量之間的對應關系,使之產(chǎn)生更優(yōu)的控制電壓波形(2) 以pwm和pvm技術實現(xiàn)dtc固定開關頻率運行方案.(3) 引入模糊控制和智能控制,用

30、軟件來解決轉(zhuǎn)矩脈動問題.(4) 磁通軌跡改善.采用矢量細分法,消除所選矢量在某些區(qū)域的不對稱作用而使磁通的軌跡得到改善,并且在磁通旋轉(zhuǎn)速度上也提到的對稱性,消除了電流的畸變2.7直接轉(zhuǎn)矩控制技術的發(fā)展的展望隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展,直接轉(zhuǎn)矩控制技術必將有所突破,現(xiàn)代控制理論和職能控制理論應用與dtc技術,為改進dct系統(tǒng)提供了堅實的理論依據(jù);同是高性能數(shù)字處理器(dsp)的出現(xiàn),為改進dtc系統(tǒng)提供了強大的物質(zhì)基礎.尤其是現(xiàn)在數(shù)字化潮流勢不可擋,各行各業(yè)都向數(shù)字化靠攏.如智能ipm整合了dsp控制器,將電機控制的大部分電路集成到標準的封裝的模塊當中,集成了igbt igbt驅(qū)動電路 電壓電流

31、反饋 保護模塊和dsp控制模塊,使得控制結構越發(fā)簡單,控制性能與控制精度,響應速度均得到提高.特別是dsp芯片在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的應用為解決低速取的問題提供了可能,因為只要實現(xiàn)了對定子電阻的準確辨識,就能從根本上消除定子電流和磁鏈畸變,問題也就迎刃而解了.而全數(shù)字化的實現(xiàn),將使采樣精度更高,誤差率更小,更容易實現(xiàn)最優(yōu)控制,因此應用現(xiàn)在控制理論 人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡理論,將之用與直接轉(zhuǎn)矩控制理論的研究,從軟件入手改進系統(tǒng)將是這種新技術的發(fā)展方向.dsp器件的進一不發(fā)展也成為dtc技術難題突破提供了可能.隨著控制性能的不斷提高,直接轉(zhuǎn)矩控制在傳動領域會有更廣闊的應用前景.3硬件電路設計及實現(xiàn)3.1

32、.1系統(tǒng)的總體介紹本系統(tǒng)采用交-直-交電壓型變頻電路, 這是變頻器中最常用的一種方式。這種變頻器屬于pam（即脈幅調(diào)制）型變頻器，pam方式的特點是：輸出電壓的幅值和頻率的調(diào)節(jié)在不同環(huán)節(jié)中完成。主電路由變頻電路和電動機構成,整流環(huán)節(jié)采用三相橋式電路,逆變環(huán)節(jié)采用智能ipm功率模塊.對電動機的轉(zhuǎn)速檢測本系統(tǒng)采用增量式光電編碼器.出于對系統(tǒng)的保護,系統(tǒng)的檢測電路中有過電壓過電流檢測裝置,這里過電壓檢測采用霍爾電壓傳感器作為檢測器件,過電流檢測采用閉環(huán)霍爾電流式傳感器檢測.控制部分以芯片tms320f240為核心,構成了功能齊全的數(shù)字控制系統(tǒng).圖3-1系統(tǒng)硬件結構圖3.1.2直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的dsp

33、硬件實現(xiàn)電動機調(diào)速系統(tǒng)可以采用直接轉(zhuǎn)矩控制策略,調(diào)速系統(tǒng)外部給定轉(zhuǎn)速指令,檢測電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,定子轉(zhuǎn)速兩相電流和直流母線電壓他們都是經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換接口輸入dsp芯片.3.2主電路3.2.1整流電路 圖 3-2 三相橋式整流電路本系統(tǒng)采用三相可控整流電路,三相整流電路分為三相半波、三相橋式整流電路兩大類,實際中由于三相相控整流電路具有輸出電壓脈動小、脈動頻率高、網(wǎng)側功率因數(shù)高以及動態(tài)響應快的特點,因此它在中、大功率領域中獲得了廣泛的應用.相控整流電路結構簡單、控制方便、性能穩(wěn)定,利用它可以方便地得到大、中、小各種容量的直流電能,是目前獲得直流電能的主要方法,得到了廣泛的應用. 當負載容量較大時,若

34、采用單相相控整流電路,將造成電網(wǎng)三相電壓的不平衡.三相橋式整流電路只用三個晶閘管,接線簡單,與單相電路比較,其輸出電壓脈動小、輸出功率大、三相負載平衡.但是整流變壓器二次側繞組在一個周期內(nèi)只有 時間流過電流,變壓器的利用率低.另外變壓器二次側繞組中電流是單方向的,其直流分量在磁路中產(chǎn)生直流不平衡磁動勢,會引起附加損耗.三相全控橋式蒸餾電路是由一組共陰極接發(fā)的三相半波相控整流電路和一組共陽極接法的三相半波相控整流電路串聯(lián)起來組成的. 3.2 ipm智能功率模塊:智能功率模塊ipm（intelligent power module）不僅把功率開關器件和驅(qū)動電路集成在一起，。而且還內(nèi)藏有過電壓，過電

35、流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到cpu。它由高速低工耗的管芯和優(yōu)化的門級驅(qū)動電路以及快速保護電路構成。即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以ipm自身不受損壞。ipm一般使用igbt作為功率開關元件，并內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結構，以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機的控制器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機械，電力牽引，司服進給，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。ipm 的優(yōu)點：1）開關速度快。ipm內(nèi)的igbt芯片都選用高速型，而且驅(qū)動電路緊靠igbt芯片，驅(qū)動延時小，所以ipm開關速度快，損耗小。在小于等于20khz時都能穩(wěn)定工作。2）低功耗。ip

36、m內(nèi)部的igbt導通壓降低，開關速度快，故ipm功耗小。3）快速的過流保護。ipm實時檢測igbt電流，當發(fā)生嚴重過載或直接短路時，igbt將被軟關斷，同時送出一個故障信號。4）過熱保護。在靠近igbt的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器，當基板過熱時，ipm內(nèi)部控制電路將截止柵級驅(qū)動，不響應輸入控制信號。5）橋臂對管互鎖。在串聯(lián)的橋臂上，上下橋臂的驅(qū)動信號互鎖。有效防止上下臂同時導通。（只有部分型號才具有）6）抗干擾能力強。優(yōu)化的門級驅(qū)動與igbt集成，布局合理，無外部驅(qū)動線。7）驅(qū)動電源欠壓保護。當?shù)陀隍?qū)動控制電源（一般為15v）就會造成驅(qū)動能力不夠，增加導通損壞。ipm自動檢測驅(qū)動電源，當?shù)?/p>

37、于一定值超過10s時，將截止驅(qū)動信號。8）ipm 內(nèi)藏相關的外圍電路?？s短開發(fā)時間，加快產(chǎn)品上市。9） 大大減少了元件數(shù)目。體積相應小。根據(jù)以上優(yōu)點,本系統(tǒng)所采用pm200dsa060型智能模塊3.2.1ipm智能功率模塊pm200dsa060介紹:. 根據(jù)內(nèi)部功率電路配置情況，ipm有多種類型，如pm200dsa060型：ipm為d型(內(nèi)部集成2個igbt)其內(nèi)部功能框圖如圖3-3所示，內(nèi)部結構如圖3-4所示。內(nèi)有驅(qū)動和保護電路，保護功能有控制電源欠壓鎖定保護、過熱保護、過流保護和短路保護，當其中任一種保護功能動作時。ipm將輸出故障信號fo。圖3-3ipm的內(nèi)部功能框圖圖3-4 ipm的內(nèi)

38、部結構 ipm內(nèi)部電路不含防止干擾的信號隔離電路、自保護功能和浪涌吸收電路。為了保證ipm安全可靠。3.2.2 ipm的外部驅(qū)動電路設計 ipm的外部驅(qū)動電路是ipm內(nèi)部電路和控制電路之間的接口，良好的外部驅(qū)動電路對以ipm構成的系統(tǒng)的運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。圖3-5 ipm的外部驅(qū)動電路和引腳連接示意圖表3-1 ipm的引腳功能圖3-5的外部接口電路直接固定在pcb上且靠近模塊輸入腳以減少噪聲和干擾pcb上布線的距離應適當，避免開關時干擾引起的電位變化。另外，考慮到強電可能造成外部驅(qū)動電路到ipm引線的干擾，可以在引腳14間，34間，45間根據(jù)干擾大小加濾波電容器。3.2.3

39、ipm的保護電路設計 由于。ipm本身提供的保護電路不具備自保護功能所以要通過外圍硬件或軟件的輔助電路將內(nèi)部提供的：fo信號轉(zhuǎn)換為封鎖ipm的控制信號關斷ipm，實現(xiàn)保護。(1) 硬件 ipm有故障時，fo輸出低電平，通過高速光耦到達硬件電路，關斷pwm輸出，從而達到保護ipm的目的。具體硬件連接方式如下：在pwm接口電路前置帶控制端的3態(tài)收發(fā)器(如74hc245)。pwm信號經(jīng)過3態(tài)收發(fā)器后送至ipm接口電路ipm的故障輸出信號fo經(jīng)光耦隔離輸出送入與非門。再送到3態(tài)收發(fā)器使能端oe。ipm正常工作時與非門輸出為低電平。3態(tài)收發(fā)器選通；ipm有故障時。與非門輸出為高電平。3態(tài)收發(fā)器所有輸出置

40、為高阻態(tài)。封鎖各個ipm的控制信號關斷ipm實現(xiàn)保護。(2)軟件 ipm有故障時fo輸出低電平，fo信號通過高速光耦送到控制器進行處理。處理器確認后。利用中斷或軟件關斷ipm的pwm控制信號從而達到保護目的。如在基于dsp控制的系統(tǒng)中利用事件管理器中功率驅(qū)動保護引腳(pdpint)中斷實現(xiàn)對ipm的保護。通常1個事件管理器嚴生的多路pwm可控制多個ipm工作其中每個開關管均可輸出fo信號，每個開關管的fo信號通過與門當任一開關管有故障時輸出低電平，與門輸出低電平將該引腳連至pdpint，由于pdpint為低電平時dsp中斷，所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設置為高阻態(tài)，從而達到保護目的。3.2

41、.4 ipm的緩沖電路設計 在ipm應用中，由于高頻開關過程和功率回路寄生電感等疊加產(chǎn)生的didt、dvdt和瞬時功耗會對器件產(chǎn)生較大的沖擊，易損壞器件因此需設置緩沖電路(即吸收電路)，目的是改變器件的開關軌跡，控制各種瞬態(tài)過壓，降低器件開關損耗保護器件安全運行。圖3-6為常用的3種ipm緩沖電路。圖3-6(a)為單只無感電容器構成的緩沖電路。對瞬變電壓有效且成本低，適用于小功率ipm。圖3-6 (b)為rcd構成的緩沖電路，適用于較大功率ipm，緩沖二極管d可箝住瞬變電壓。從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其rc時間常數(shù)應設計為開關周期的l3，即=t/3=1/3f。圖3-6 (c)

42、為p型rcd和n型rcd構成的緩沖電路。適用于大功率ipm。功能類似于圖3-6 (b)所示的緩沖電路，其回路電感更小。若同時配合使用圖3-6 (a)所示的緩沖電路，還能減小緩沖二極管的應力，緩沖效果更好。圖3-6 常用的ipm緩沖電路在圖3-6(c)中，當igbt關斷時，負載電流經(jīng)緩沖二極管向緩沖電容器充電，同時集電極電流逐漸減少，由于電容器二端的電壓不能突變，所以有效地限制了igbt集電極電壓上升率dvdt。也避免了集電極電壓和集電極電流同時達到最大值。igbt集電極母線電感、電路及其元件內(nèi)部的雜散電感在igbt開通時儲存的能量，這時儲存在緩沖電容器中。當igbt開通時。集電極母線電感以及其

43、他雜散電感又有效地限制了igbt集電極電流上升率didt。同樣也避免了集電極電壓和集電極電流同時達到最大值。此時，緩沖電容器通過外接電阻器和igbt開關放電，其儲存的開關能量也隨之在外接電阻器和電路、元件內(nèi)部的電阻器上耗散。如此。便將igbt運行時產(chǎn)生的開關損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路，最后在相關電阻器上以熱的形式耗散，從而保護igbt安全運行。圖3-6 (c)中的電阻值和電容值按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。喝鏿m200dsa060的電容值為0.22f一0.47f，耐壓值是igbt的1.1倍1.5倍，電阻值為1020，電阻功率為 p=fcu210-6 (3-1)其中f為igbt工作頻率，u為igbt的工作峰值電壓，c

44、為緩沖電路與電阻器串聯(lián)電容。二極管選用快恢復二極管。為了保證緩沖電路的可靠性?？梢愿鶕?jù)功率大小選擇封裝好的圖4所示的緩沖電路。另外，由于母線電感、緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感對ipm尤其是大功率ipm有極大的影響，因此愈小愈好。要減小這些電感需從多方面入手：直流母線要盡量地短；緩沖電路要盡可能地靠近模塊；選用低電感的聚丙烯無極電容器、與ipm相匹配的快速緩沖二極管及無感泄放電阻器。3.2.5 ipm的保護功能ipm內(nèi)部含有門極驅(qū)動控制，故障檢測和多種保護電路。內(nèi)置電流傳感器來監(jiān)測igbt的主電路，內(nèi)部故障保護電路來檢測過流、短路、過熱和控制電源欠壓等故障。用于防止因系統(tǒng)相互干擾或者過載等發(fā)生

45、時造成功率芯片的損壞。它所采用的故障測方式和關斷方式可使功率芯片的容量得到最大限度的利用而不會損壞其可靠性。如有任何一個故障發(fā)生，內(nèi)部電路即會封鎖驅(qū)動信號并向外送一“故障”信號。其內(nèi)置的續(xù)流二極管，具有快速而軟的反向恢復特性，可較好地抑制電磁干擾噪聲。ipm內(nèi)部電路功能框圖如圖3-7所示。圖中所示為ipm內(nèi)部六個單元的其中一個。現(xiàn)將電路中的主要單元說明如下： 圖3-7 ipm內(nèi)部電路功能原理框圖a. 控制電源欠壓鎖定(uv)ipm內(nèi)部控制電路由外接的15v直流電源供電。只要此電源電壓下降到指定的欠壓斷開閾值(uv)以下，ipm就會關斷，同時產(chǎn)生一個故障輸出信號。為了恢復到正常運行狀態(tài)，電源電壓

46、必須超過欠壓復位閾值(uvr)，電源電壓超過欠壓復位閾值時故障復位信號也消失。在控制電源上電和掉電期間，欠壓保護電路都起作用，這屬正?，F(xiàn)象。b. 過熱保護(ot)在靠近igbt芯片的絕緣基板上安裝有溫度傳感器，如果基板的溫度超過過熱斷開閾值(ot)，ipm內(nèi)部的保護電路封鎖門極驅(qū)動信號，不響應控制輸入信號，直到過熱源被排除。當溫度下降到過熱復位閾值(ovr)以下，且控制輸入信號為斷態(tài)電平時，功率芯片方可恢復工作，同時故障復位信號也消失。當控制信號的下一個通態(tài)電平到來時就恢復正常工作。c. 過流保護(oc)如果通過igbt的電流超過過流打開閾值(oc)且持續(xù)時間大于過流保護延遲時間toff(oc

47、)，igbt就會被軟關斷，toff(oc)的典型值為10s,因而小于10s的噪音而引起的過流不會引起保護電路的動作。當過流保護起作用時，故障輸出信號端輸出一固定寬度(tf0)的低電平脈沖信號。d. 短路保護(sc)如果負載發(fā)生短路或系統(tǒng)控制器出現(xiàn)故障，使功率芯片的上、下臂同時導通，則短路保護電流會將igbt關斷。保護電路軟關斷igbt，同時在故障輸出信號端輸出一固定寬度(tf0)的低電平脈沖信號。保護電路對于寬度小于2s的短路電流不響應。3.3控制回路的設計3.3.1 dsp技術及簡介目前，數(shù)字信號處理(digital signal processing，簡稱dsp)已經(jīng)成為信號處理技術的主流

48、。因為與早期的模擬信號相比，數(shù)字信號處理有著巨大的優(yōu)勢。早期的模擬信號處理主要通過運算放大電路進行不同的電阻組配實現(xiàn)算術運算，通過電阻、電容的組配實現(xiàn)濾波處理等，其中有一個很明顯的問題是不靈活、不穩(wěn)定，參數(shù)修改困難，需要采用多種阻值、容值的電阻、電容，并通過電子開關選通才能修改處理參數(shù)；而且對周圍環(huán)境變化的敏感性強，溫度、電路噪聲等都會造成處理結果的改變。而數(shù)字信號處理可以通過軟件修改處理參數(shù)，因此具有很大的靈活性。由于數(shù)字電路采用廠二值邏輯，只要環(huán)境溫度、電路噪聲的變化不造成電路邏輯的翻轉(zhuǎn)，數(shù)字電路都可以不受影響地完成工作，因此具有很好的穩(wěn)定性。具體來說，dsp在以下一些方面表現(xiàn)出它的優(yōu)越性

49、：(1),dsp芯片采用改進的哈佛結構（havard structure）。其主要特點是程序和數(shù)據(jù)具有獨立的存儲空間，有著各自獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，由于可以同時對數(shù)據(jù)和程序進行尋址，大大地提高了數(shù)據(jù)處理能力，非常適合于實時的數(shù)字信號處理。ti公司的dsp芯片結構是基本哈佛結構的改進類型。改進之處是在數(shù)據(jù)總線和程序總線之間進行局部的交叉連接。這一改進允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術運算指令直接使用，增強了芯片的靈活性。只要調(diào)度好兩個獨立的總線就可使處理能力達到最高，以實現(xiàn)全速運行。改進的哈佛結構還可使指令存儲在高速緩存器中(cache)，省去了從存儲器中讀取指令的時間，大大提高了運行速度

50、。(2)，dsp指令系統(tǒng)是流水線操作。在流水線操作中，一個任務被分解為若干個子任務，各個任務可以在執(zhí)行時相互重疊。dsp指令系統(tǒng)的流水線操作是與哈佛結構相配合的，增加了處理器的處理能力，把指令周期減小到最小值，同時也就增加了信號處理器的吞吐量。以ti公司的tms320系列產(chǎn)品為例，第一代tms320處理器(例如tms320c10)采用了二級流水線操作；第二代產(chǎn)品(例如tms320c25)采用了三級流水線操作；第三代dsp芯片(例如tms320c30)采用了四級流水線操作。在流水線操作中，dsp處理器可以同時并行處理24條指令，每條指令處于其執(zhí)行過程中的不同狀態(tài)。(3)，采用專用的硬件乘法器。在

51、一般的計算機上，算術邏輯單元(alu)只能完成兩個操作數(shù)的加、減及邏輯運算，而乘法(或除法)則由加法和移位來實現(xiàn)。因此，在這樣的計算機的匯編語言中雖然有乘法指令，但在機器內(nèi)部，實際上還是由加法和移位來實現(xiàn)的，因此它們實現(xiàn)乘法運算就比較慢。與一般的計算機不同的是，dsp都有硬件乘法器，使乘法運算可以在一個指令周期內(nèi)完成。如在tms320c3x系列dsp芯片中，有一個硬件乘法器，在tms320c6000系列中則有兩個硬件乘法器。(4)，特殊的dsp指令。dsp芯片的另一個重要特征是有一套專門為數(shù)字信號處理而設計的指令系統(tǒng)。(5)，快速的指令周期。cmos技術、先進的工藝、集成電路的優(yōu)化設計及工作電

52、壓的下降由(5v到3.3v，再到1.5v)，使得dsp芯片的主頻不斷提高。目前ti公司的tms320c6000系列及tms320c5000系列的芯片的最高工作主頻已經(jīng)達到200mhz，指令周期已經(jīng)降到了5ns?？梢灶A見，隨著微電子技術的發(fā)展，工作頻率還將繼續(xù)提高，指令周期將進一步縮短。(6)，良好的多機并行運行特性。在一定的技術條件下，dsp芯片的單機處理能力是有限的，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理容量還是經(jīng)常會超出單個dsp的處理能力。隨著數(shù)字信號處理器dsp芯片的廣泛使用和dsp芯片價格的不斷降低，多個dsp芯片的并行處理已經(jīng)成為近年來的研究熱點，并逐漸在應用中嶄露頭角。多機并行類似于高性能的mpu巨型機

53、。ti公司的tms320c4x系列還提供了專門用于多個dsp并行運行的硬件通信接口。(7)，大電流。高速信號處理芯片全速運行時電流經(jīng)常在1 a以上。(8)，低電壓。為在大電流下減少系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)的工作電壓從標準的5v降到3.3v，2.5v，1.8v，甚至0.9 v。(9)，高度集成。芯片的集成度在數(shù)十到數(shù)百萬門量級。(10)，為提高運行速度而采用多種并行的體系結構。由于dsp的優(yōu)越性，它自20世紀60年代以來，迅速得到廣泛的應用。dsp應用幾乎遍及整個電子領域，典型應用有通信、語音處理、圖形圖像處理、自動控制、儀器儀表及醫(yī)學電子等。隨著人們對實時信號處理要求的不斷提高和大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，dsp的黃金時代正在來臨。3.3.2、數(shù)字信號處理常用算法在傳統(tǒng)上，dsp的算法是利用通用可編程dsp器件實現(xiàn)低速率的應用，而利用專用dsp芯片組和asic實現(xiàn)高速的應用，fpga就是結合各種算法的典型例子。基于sram的fpga特別適合包括乘法和累加等dsp功能的算法以及廣泛的算術函數(shù)，如fft、疊積和各種濾波器算法，并可以和周圍的外設電路?起集成。在一個fpga器件中構造多個