第1节 应用特性
三相交流感应洗衣机的DSP驱动方案适应了新的市场对更高性能产品的需求。以思卡尔半导体公司的56F801x/56F802x系列的数字信号嵌入式控制器为例，它除了具有价格上的竞争力外，还提供了非常高效的驱动性能。本应用笔记将介绍一个基于MC56F8013/MCF56F8023的驱动设计实例，该DSP提供了高性价比的外设资源，为产品设计人员提供了强大的处理能力。这个方案的特性包括：
洗衣机应用的另外一个特性是要使电机具有高启动转矩的能力，以推动满负载的洗衣筒运转。由于洗衣机的效率取决于对冼衣筒速度的精确控制，所以本方案设计了PID速度闭环控制算法。借助于内部闭环电流控制回路，该驱动具有了高动态特性，从而达到高性能控制的要求。
为了尽可能地缩短洗涤周期，使用了非恢复的制动算法，可以实现高速脱水后让滚筒快速停止。这是提高能效的一个很重要的方面。本应用笔记还采用了最小损耗算法，控制电机在最佳操作点下运行，从而节省宝贵的能源。
考虑到家用电器产品的高性价比要求，此驱动将电流传感器的数量从三个减少到一个，利用一种先进的重构技术，根据唯一的装在直流母线上的采样电阻上的电流，重构了控制三相电机的三相电流。
图1给出了应用的基本概念。三相交流感应电机是由三相逆变器借助六个PWM信号来驱动的。控制算法由标准的矢量控制算法和洗衣机专用算法组成，在下一节将详细描述。FreeMaster是控制和调试软件，可以通过基于RS232的图形化用户接口来控制电机的应用程序。
图1 应用概念
本文档描述了完整的算法解决方案；但不包括硬件设计。
Freescale控制器的优势和特点
Freescale MCF56F80xx系列芯片集成了DSP的计算能力和MCU的控制器特性的数字控制器，非常适合于各类电机的控制方案。这些数字信号控制器提供了许多专用外设，如PWM模块，模数转换器（ADC），定时器，串行通信外设（SCI，SPI，IIC）以及片上flash和RAM。
MCF56F80xx系列的成员提供了如下外围模块：
灵活的PWM模块，快速ADC和四定时器模块对带有单一分流传感器的三相ACIM矢量控制都很有利。
PWM的配置很灵活，可有效地用于三相电机的控制。在中心对齐方式下，PWM可产生周期不对称的信号。这种特性有助于实现在时序严格的开关模型下对三相电流的重构。PWM重加载SYNC信号可为其他模块（四定时器，ADC）提供同步信号。PWM模块具有以下这些特点：
- ● 三相交流感应电动机
- ● 转速的测量来自于安装在电机轴上的转速计
- ● 间接矢量控制算法
- ● 速度范围为0 - 18000 rpm（电机速度），0 - 1800 rpm（滚筒速度）
- ● 对于单个采样电阻对DC总线（DC-bus）进行三相电流的重构
- ● 非恢复性（Non-recuperative）的制动和减速控制
- ● 最小损耗控制
- ● 过流保护、过压保护和欠压保护
- ● 脱水的失衡检测
- ● 洗衣机算法的实现：
- —— 滚动（洗）
- —— 失衡检测
- —— 旋转（甩干）
- ● 串行RS232控制接口
洗衣机应用的另外一个特性是要使电机具有高启动转矩的能力，以推动满负载的洗衣筒运转。由于洗衣机的效率取决于对冼衣筒速度的精确控制，所以本方案设计了PID速度闭环控制算法。借助于内部闭环电流控制回路，该驱动具有了高动态特性，从而达到高性能控制的要求。
为了尽可能地缩短洗涤周期，使用了非恢复的制动算法，可以实现高速脱水后让滚筒快速停止。这是提高能效的一个很重要的方面。本应用笔记还采用了最小损耗算法，控制电机在最佳操作点下运行，从而节省宝贵的能源。
考虑到家用电器产品的高性价比要求，此驱动将电流传感器的数量从三个减少到一个，利用一种先进的重构技术，根据唯一的装在直流母线上的采样电阻上的电流，重构了控制三相电机的三相电流。
图1给出了应用的基本概念。三相交流感应电机是由三相逆变器借助六个PWM信号来驱动的。控制算法由标准的矢量控制算法和洗衣机专用算法组成，在下一节将详细描述。FreeMaster是控制和调试软件，可以通过基于RS232的图形化用户接口来控制电机的应用程序。
图1 应用概念
Freescale控制器的优势和特点
Freescale MCF56F80xx系列芯片集成了DSP的计算能力和MCU的控制器特性的数字控制器，非常适合于各类电机的控制方案。这些数字信号控制器提供了许多专用外设，如PWM模块，模数转换器（ADC），定时器，串行通信外设（SCI，SPI，IIC）以及片上flash和RAM。
MCF56F80xx系列的成员提供了如下外围模块：
- 一个PWM模块，带有PWM输出，故障检测输入，死区插入，支持中心对齐和边沿对齐方式
- 12位ADC，支持2个通道同时转换；可以将ADC和PWM模块同步
- 一个专用的16位通用四定时器模块
- 一个串行外设接口（SPI）
- 一个带有LIN从机功能的串行通信接口（SCI）
- 一个IIC端口
- 板上2.5V~3.3V电压调节器，为内部逻辑或存储器提供电源
- 内置上电复位和低电压检测模块
- 所有的外设引脚可复用为通用输入/输出（GPIO）引脚复用
- 计算机工作正常（COP）看门狗定时器
- 外部复位（Reset）输入引脚
- 内置于处理器速度无关调试的JTAG/片上仿真（OnECTM）模块
- 内置振荡器和锁相环（PLL），可作为控制器的内核时钟。
表1 存储器配置
灵活的PWM模块，快速ADC和四定时器模块对带有单一分流传感器的三相ACIM矢量控制都很有利。
PWM的配置很灵活，可有效地用于三相电机的控制。在中心对齐方式下，PWM可产生周期不对称的信号。这种特性有助于实现在时序严格的开关模型下对三相电流的重构。PWM重加载SYNC信号可为其他模块（四定时器，ADC）提供同步信号。PWM模块具有以下这些特点：
- 三个相辅相成的PWM信号对，六个独立的PWM信号（或组合成一个）
- 互补通道运行特点
- 独立的顶部或底部死区时间插入
- 通过当前状态输入，自动或通过软件将顶部和底部死区进行校正
- 单独的顶部和底部极性控制
- 边沿对齐或中心对齐PWM信号
- 15位的分辨率
- 半周重载能力
- 整数的重载率为1～16个周期
- 顶部和底部输出屏蔽/交换能力
- PWM输出可由软件控制
- 可编程故障保护输入
- 输出极性控制
- PWM管脚的吸入电流为10mA或16mA
- 写保护寄存器
- 更多资料请参考MC56F8013或MC56F8023的数据手册。
