基于DSP28335的SVPWM矢量控制实现

1. 系统架构设计

1.1 硬件组成

• 主控芯片：TMS320F28335（32位浮点DSP，150MHz主频，集成18路PWM通道）
• 逆变电路：三相全桥IGBT模块（耐压1200V，电流100A）
• 电流采样：霍尔传感器（如ACS712）+ 16位ADC模块
• 位置检测：增量式编码器（分辨率4096PPR）或无感方案（滑模观测器）
• 通信接口：CAN（用于上位机交互）+ SCI（调试串口）

1.2 功能框图

上位机指令 → CAN接收 → DSP主控 → SVPWM生成 → 逆变驱动 → 电机
                  ↑↓
               ADC采样（电流/电压反馈）
                  ↑↓
               滑模观测器（无感方案）

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2. 关键外设配置

2.1 ePWM模块配置

// EPWM1初始化（以A相为例）
EPwm1Regs.TBPRD = 9375;          // PWM周期（150MHz时钟，周期=1/9375秒）
EPwm1Regs.TBPHS.half.TBPHS = 0;  // 初始相位偏移
EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA = 4687; // 初始占空比50%
EPwm1Regs.ETSEL.bit.INTSEL = ET_CTR_ZERO; // 中断触发条件
EPwm1Regs.ETPS.bit.INTPRD = ET_1ST;      // 每周期触发一次中断
EPwm1Regs.DBCTL.bit.OUT_MODE = DB_FULL_ENABLE; // 启用死区
EPwm1Regs.DBRED = 150;         // 死区时间150ns
EPwm1Regs.DBFED = 150;         // 死区恢复时间

2.2 ADC模块配置

AdcRegs.ADCCTL2.bit.INTPULSE_POS = 1;    // 中断在转换结束上升沿触发
AdcRegs.ADCSOC0CTL.bit.CHSEL = ADC_CH_A0; // 采样通道配置（A相电流）
AdcRegs.ADCSOC1CTL.bit.CHSEL = ADC_CH_B0; // B相电流
AdcRegs.ADCSOC2CTL.bit.CHSEL = ADC_CH_C0; // C相电流

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3. 矢量控制算法实现

3.1 坐标变换流程

// Clarke变换（三相→两相静止）
I_alpha = (2.0/3.0) * (Ia - 0.5*Ib - 0.5*Ic);
I_beta = (sqrt(3)/3.0) * (Ib - Ic);

// Park变换（静止→旋转坐标系）
Id = I_alpha * cos_theta + I_beta * sin_theta;
Iq = -I_alpha * sin_theta + I_beta * cos_theta;

// 反Park变换（旋转→静止坐标系）
Vd = Vq * cos_theta - Id * sin_theta;
Vq = Vq * sin_theta + Id * cos_theta;

3.2 扇区判断与作用时间计算

// 扇区判断（60°分割）
int GetSector(float I_alpha, float I_beta) {
    float angle = atan2(I_beta, I_alpha) * 180/PI;
    if(angle < 0) angle += 360;
    if(angle < 60) return 1;
    else if(angle < 120) return 2;
    // ... 其他扇区判断
}

// 作用时间计算（以扇区1为例）
void CalcDutyCycle(int sector, float Vref, float *Ta, float *Tb, float *Tc) {
    static const float Vdc = 12.0; // 直流母线电压
    *Ta = (sqrt(3)*Vref/Vdc) * sin((sector-1)*60*PI/180);
    *Tb = (sqrt(3)*Vref/Vdc) * sin(sector*60*PI/180);
    *Tc = 1.0 - *Ta - *Tb;
}

3.3 PWM更新代码

interrupt void EPwm1_ISR(void) {
    // 1. 清除中断标志
    EPwm1Regs.TIFR.bit.INT = 1;

    // 2. 读取电流采样值
    AdcRegs.ADCINTFLGCLR.bit.ADCINT1 = 1; // 清中断标志
    Ia = AdcResult.ADCRESULT0;            // A相电流
    Ib = AdcResult.ADCRESULT1;            // B相电流
    Ic = AdcResult.ADCRESULT2;            // C相电流

    // 3. 坐标变换与控制计算
    ClarkeParkTransform(Ia, Ib, Ic, &I_alpha, &I_beta);
    Idq_Control(); // 电流环PI控制
    ParkClarkeInverse(); // 反变换到静止坐标系
    Sector_DutyCycle(); // 计算占空比

    // 4. 更新PWM占空比
    EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA = (Ta + T0/2) * PWM_PERIOD;
    EPwm2Regs.CMPA.half.CMPA = (Tb + T0/2) * PWM_PERIOD;
    EPwm3Regs.CMPA.half.CMPA = (Tc + T0/2) * PWM_PERIOD;
}

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4. 性能优化策略

4.1 死区补偿

// 硬件死区配置
EPwm1Regs.DBCTL.bit.OUT_MODE = DB_FULL_ENABLE; // 启用死区
EPwm1Regs.DBRED = 150;         // 死区时间150ns
EPwm1Regs.DBFED = 150;         // 死区恢复时间

// 软件补偿（查表法）
const float deadband_comp[6] = {0.016, 0.016, 0.016, 0.016, 0.016, 0.016};
Vd_comp = Vd + deadband_comp[sector-1] * Vdc;

4.2 抗积分饱和

// PI控制器改进
float PI_Controller(float error, float *integral) {
    float output = Kp * error + Ki * (*integral);
    if(output > max_limit) {
        *integral -= error * Ki; // 积分分离
        output = max_limit;
    }
    return output;
}

4.3 低通滤波

// 电流环低通滤波（截止频率1kHz）
float LPF(float input) {
    static float prev_output = 0;
    float alpha = 0.001; // RC时间常数=1ms
    prev_output = alpha * input + (1-alpha) * prev_output;
    return prev_output;
}

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5. 调试与验证

5.1 波形观测

• 示波器设置：CH1（EPWM1A），CH2（EPWM2A），CH3（EPWM3A），时基10μs/div
• 验证要点： 三相PWM对称性（占空比差<±0.5%） 死区时间对称性（上升/下降沿延迟一致） 谐波分析（FFT显示THD<3%）

5.2 参数整定流程

1. 电流环PI参数整定
   - Kp=0.5, Ki=0.01 → 观察超调量
   - 逐步增大Ki至电流波动<2%
   
2. 速度环滑模参数整定
   - λ=0.5, k=1 → 观察转速振荡
   - 调整k值消除稳态误差

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6. 典型应用场景

6.1 永磁同步电机（PMSM）驱动

• 控制模式：FOC（磁场定向控制）
• 性能指标： 转速响应时间：<100ms 转矩波动：<1.5% 效率：>95%（额定负载）

6.2 无刷直流电机（BLDC）控制

• 六步换相优化：

  // 换相逻辑（以U相导通为例）
  if(当前扇区==1) {
      EPwm1Regs.AQCSFRC.bit.CSFA = 0; // 关闭A相上桥臂
      EPwm2Regs.AQCSFRC.bit.CSFB = 1; // 开启B相下桥臂
  }
  

参考代码 基于DSP28335的SVPWM，矢量控制等程序 www.youwenfan.com/contentcnj/69431.html

7. 调试问题解决方案

问题1：电机振动明显

• 可能原因：死区补偿不足或电流环PI参数不匹配
• 解决方法： 增加死区补偿系数（从0.016调整至0.02） 降低Ki值至0.008并增加滤波时间常数

问题2：低速转矩不足

• 可能原因：弱磁控制未启用或电压利用率低
• 解决方法： 启用弱磁算法（Vd = Vq * sinθ） 提高PWM频率至20kHz

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8. 扩展功能实现

8.1 无传感器控制

// 滑模观测器实现
void SlidingModeObserver() {
    float theta_hat = theta + (1.0/tau) * (Iq_ref - Iq_est);
    float Id_est = (Vd - R*Id - Ld*dId/dt) / (Ld*omega);
    float Iq_est = (Vq - R*Iq + Ld*dIq/dt) / (Ld*omega);
}

8.2 多电机协同控制

• 主从架构：DSP28335作为主控，搭配C28069作为从控
• EtherCAT通信：实现多轴同步（周期<1ms）