1 引言 　　控制系統(tǒng)是高壓軟啟動(dòng)器的核心，決定了高壓軟啟動(dòng)器系統(tǒng)的各項(xiàng)主要性能和指標(biāo)。考慮到高壓軟啟動(dòng)器晶閘管變流單元控制上的復(fù)雜性，本文設(shè)計(jì)了一種DSP+FPGA數(shù)字化控制電路系統(tǒng)方案，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)輸出多路觸發(fā)脈沖至驅(qū)動(dòng)電路，DSP僅發(fā)送控制命令和設(shè)置參數(shù)，使得脈沖觸發(fā)電路具有可擴(kuò)展性和通用性。

2 數(shù)字化控制的高壓電機(jī)軟啟動(dòng)器系統(tǒng)組成 　　圖1是采用DSP+FPGA芯片為控制核心的高壓軟啟動(dòng)器系統(tǒng)原理圖。主要包括以下幾個(gè)模塊：晶閘管觸發(fā)電路，該部分電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶閘管的隔離放大驅(qū)動(dòng)，并返回故障信息以保護(hù)晶閘管器件安全；數(shù)字量輸入輸出的功能用來接收外部數(shù)字量信息狀態(tài)，并將高壓軟起動(dòng)器內(nèi)部狀態(tài)信息反映給外部；模擬量輸入輸出接口的功能是用來接收輸入的模擬量，經(jīng)過處理后進(jìn)入DSP；鍵盤電路和LCD顯示電路，采用單片機(jī)獨(dú)立控制來檢測(cè)按鍵狀態(tài)，通過液晶顯示屏顯示信息，這個(gè)人機(jī)界面模塊和主控系統(tǒng)通過串口連接，以RS232接口載體，采用MODBUS協(xié)議，通過內(nèi)部要求的循環(huán)冗余效驗(yàn)方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無差錯(cuò)的收發(fā)和信息共享，提供準(zhǔn)確和通暢的信息交換。電壓電流檢測(cè)電路主要是采集直流母線電壓和采樣高壓軟啟動(dòng)器輸出側(cè)的電流值，然后反饋回控制系統(tǒng)作為控制算法的輸入和計(jì)算依據(jù)。整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)通過對(duì)高壓軟啟動(dòng)器主回路的電壓和電流進(jìn)行采樣，接受外圍輸入接口信號(hào)和人機(jī)交互界面的命令，以高性能DSP芯片為載體，以移相調(diào)壓控制理論為依據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)軟啟動(dòng)器系統(tǒng)高精度，高速度的控制。

3 DSP+FPGA的控制電路 　　數(shù)字控制在對(duì)高壓異步電機(jī)起動(dòng)電流進(jìn)行控制時(shí)，一方面需要對(duì)加到晶閘管的門極脈沖相位進(jìn)行控制，另一方面，還需要有一個(gè)完整的控制功能和邏輯處理接口功能，以滿足控制上的要求。本數(shù)字控制系統(tǒng)選用的DSP和 FPGA型號(hào)分別為TMS320LF2812 和EP3C10E144C8。 　　TMS320LF2812芯片具有每秒2千萬條指令的處理運(yùn)算速度，并具有豐富的外接I/O端口，片內(nèi)集成外圍設(shè)備以及專用的脈寬（PWM）發(fā)生函數(shù)和捕獲單元。使DSP控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的32位微控制器和微處理器。DSP電路主要包括電源及復(fù)位電路、時(shí)鐘和引導(dǎo)模式選擇電路、下載調(diào)制電路和通訊擴(kuò)展電路。 　　EP3C10E144C8芯片具有5980個(gè)邏輯單元和92160比特的存儲(chǔ)單元。該系列芯片高效的內(nèi)部連線和低延時(shí)的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，保證了每個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線號(hào)的連通性。I/O塊支持一系列單端和差分I/O電平標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)I/O單元包含3個(gè)寄存器以實(shí)現(xiàn)雙倍數(shù)據(jù)速率應(yīng)用和其他I/O特性相關(guān)電路。本文設(shè)計(jì)的FPGA最小系統(tǒng)主要包括電源電路、JTAG接口和AS模式的兩種下載調(diào)試電路和時(shí)鐘電路。

4 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析 　　本高壓軟起動(dòng)器經(jīng)過對(duì)潛油高壓異步電機(jī)啟動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)證明，潛油高壓異步電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)中選用的電機(jī)功率為412kW，額定電壓為2725V，額定電流為112A。圖2是斜坡電壓起動(dòng)電流特征波形，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，電流隨著電壓的升高逐漸上升，大約2秒后達(dá)到最大值340A，沒有明顯的電流沖擊，經(jīng)過6秒后，電流開始下降并逐漸達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行電流。

5 結(jié)論與展望 　　本高壓軟起動(dòng)器已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)潛油高壓異步電機(jī)的起?？刂浦小?shí)現(xiàn)了高壓異步電機(jī)的平穩(wěn)起停，達(dá)到了預(yù)期效果。設(shè)計(jì)選用DSP+FPGA為控制核心，將主要的控制功能和多組晶閘管觸發(fā)電路功能分開，充分發(fā)揮了DSP具有強(qiáng)大的外部通信接口便于構(gòu)成大的控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)中要考慮加入高壓軟啟動(dòng)器與其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。