在現代交流傳動和伺服系統中，廣泛采用電壓型交直交變頻器。這類變頻器輸入端的整流器的性能至關重要[1]。一方面，整流器需要給逆變器提供高品質的直流電壓并具有抗擾性;另一方面，整流器應當不對電網構成諧波污染和無功污染;此外，電機制動時回饋到直流側的再生能量應能回饋到電網。pwm整流器是實現上述性能的理想選擇[2]。 　　 在眾多pwm整流器的控制策略中，基于電壓定向的矢量控制由于具有電流無靜差、能實現電流有功分量和無功分量的單獨解耦控制等優點受到了廣泛關注。但電壓定向矢量控制由于基于坐標旋轉變換思想，計算量相對較大，為滿足控制系統的實時性要求，對cpu的運算資源提出較高要求[3]。 　　 本文采用全數字方法給出了基于高性能dsp芯片tms320f2812的pwm整流器電壓定向矢量控制系統設計方案，以期獲得優良的動靜態控制性能的同時，使系統具有體積小，集成度高，抗干擾能力強等優點。 電壓定向矢量控制原理 　　 三相pwm整流器的主電路如圖1所示，圖1中忽略了電感的附加電阻。 [align=center] 圖1　三相pwm整流器主電路[/align] 在三相靜止坐標系下，pwm整流器的數學模型為[4] （1） 為了進行矢量控制，需要將其變換到dq兩相同步旋轉坐標系中，變換之后的數學模型為 （2） 可見，在dq坐標系中，交直軸的變量是互相耦合的，僅靠控制整流器逆變電壓的交直軸分量無法對交直軸電流進行單獨的控制。為此，需要在控制回路的中引入前饋解耦控制。當電流環采用pi調節并引入前饋解耦控制時，ud，uq控制方程如下: （3） 將式（3）代入式（2），可以得到如下方程 （4） 可見，交直軸電流不再有耦合關系，交直軸實際電流能夠跟隨自身的給定電流變化。 　　 電壓定向矢量控制是一種基于dq坐標變換的控制方式。由于正弦量在同步旋轉坐標系下為直流量，故矢量控制可以將對交流量ua、ub、uc及ia、ib、ic的控制轉換為對直流量ud、uq及id、iq的控制。由于采用pi控制器可以實現對直流量的無靜差調節，且能夠對有功分量和無功分量進行單獨的控制，所以矢量控制可以提高系統的動靜態性能。 [align=center] 圖2　pwm整流器的電壓定向矢量控制原理框圖[/align] 本文所采用的pwm整流器矢量控制系統的原理框圖如圖2所示。系統按照電網電壓矢量定向，即同步旋轉坐標系的d軸選擇在電網電壓矢量方向，q軸超前于d軸90°。由圖2可知，系統采用直流母線電壓外環、電流內環的雙閉環結構。電壓外環實現了對直流母線電壓的控制，用以保持直流電壓的穩定并具有抗擾性能，同時還可以使輸出電壓可調。電壓環輸出作為有功電流給定id＊，為了實現單位功率因數運行，無功電流給定iq＊設置為0。給定電流與實際電流相比較，經電流調節器之后作為網側電壓的參考值。pwm的產生采用利于數字化的svpwm方式，采用tms320f2812很容易實現。 基于dsp的電壓定向矢量控制系統設計 　　 由上述分析可知，電壓定向矢量控制策略需要旋轉坐標變換，還包括3個閉環調節器，需要大量的計算，而dsp芯片tms320f2812是具有包括ad轉換、pwm輸出等豐富外設的高速數字處理芯片，主頻可達150mhz，可以很好地滿足大計算量，高實時性要求的控制系統[5]，本文以上述電壓矢量控制原理為基礎，設計了基于tms320f2812的pwm整流器矢量控制系統，下面對軟硬件設計進行深入闡述。 [align=center] 圖3　pwm整流器的矢量控制系統電路結構圖[/align] 系統的硬件結構框圖如圖3所示。整個系統由主電路、控制電路以及信號采集電路3個子系統組成。主電路包括濾波電感，功率開關器件和直流濾波電容，主要完成功率的變換，實現能量的雙向流動;控制電路采用以dsp為核心的數字化設計，這大大簡化了硬件電路的設計，其主要任務是實現矢量控制算法并保證系統安全可靠運行，從而使網側電流實現正弦化并與電網電壓同相;信號采集電路子系統包括網側電壓、電流的檢測以及直流電壓的檢測，將強電信號轉化為0-3.3v的和dsp芯片電平兼容的模擬信號。 　　 主電路中的功率開關器件采用三菱公司的智能功率模塊（ipm）ps21867。這種ipm把功率開關器件和驅動電路集成在一起并優化了門極驅動電路，從而無需設計復雜的驅動電路，dsp輸出信號通過簡單的電平轉換電路即可驅動開關器件。此外，ipm還集成了控制電源欠壓、過電流和過熱等故障檢測電路。ipm可能工作于三種狀態:正常驅動、短路保護和控制電源欠壓保護。如果ipm中有一種保護電路動作，相應igbt單元的輸入信號將被封鎖并輸出一個故障信號fo。因而即使發生負載事故或使用不當，也可以保證ipm自身不受損壞。 　　 控制電路以tms320f2812為核心，主要包括dsp芯片、顯示電路以及模擬信號電平轉換電路。tms320f2812是ti公司為電機控制量身定制的32位定點dsp。該芯片的顯著特點是具有兩個適合電機控制的事件管理器，每個事件管理器均有2個通用定時器，6路具有死區功能的pwm輸出，1個svpwm硬件發生單元。與ti的另一款電機控制芯片lf2407a相比，其主頻更高，可達150mhz，因而更能夠滿足實時性要求[5]。 [align=center] 圖4　pwm整流器的控制策略軟件流程圖[/align] 圖4是電壓定向矢量控制軟件程序流程圖，所有算法均在dsp中由軟件完成，主要包括電壓、電流ad轉換及數字濾波算法，電壓定向角的計算，直流電壓的采集及閉環調節，電流旋轉坐標變換以及相應的閉環調節以及svpwm算法等。 結語 　　 基于電壓定向矢量控制的pwm整流器具有輸入電流正弦性好，系統以單位功率因數運行，能量自由雙向傳遞，動靜態控制性能優良等優點，本文介紹了基于dsp芯片tms320f2812的pwm整流器矢量控制系統，給出了具體的軟硬件設計方法。基于dsp的系統設計方案能夠極大的減少設計工作量，并具有體積小，抗干擾能力強，可靠性高等優點。