中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集
图 1 无齿轮曳引电梯的系统结构图
主
CPU 实现选层系统的逻辑控制，负责机房控制
柜与轿厢之间的串行通信，以取得轿厢的开关信号、
呼叫信号；与厅站进行串行通信，以取得厅外召唤信
号；以及进行开关门控制、运行控制、故障检测和记
录等。
DSP 和外围信号调理电路等组成传动控制板，
负责故障处理、速度控制、电流控制、
PWM 控制和各
种信号的采集工作，与逆变主回路实现电梯拖动系统
的调速控制。
光藕隔离电路把
DSP 的 PWM 信号传递给逆变器
主回路中的大功率开关管
IGBT。负荷检测装置检测轿
厢负荷并输送负载信号给
DSP，以进行起动力矩补偿，
使电梯运行平稳。另外，还有与永磁同步电动机随动，
可发送脉冲信号到主
CPU 和 DSP 的光电编码器、传
递楼层位置信号的位置检测器
FML、可接受指令信号
和开关输入信号的轿内操纵箱
C.B 和厅外召唤箱 H.B、
以及系统的各种保护装置。它们一起构成了整个电梯
控制系统
[3]
。
3．调速系统的设计
无齿轮传动多应用于高速度、高楼层的电梯中，
须具有完善的控制功能和高可靠性，这就对电梯的控
制系统的硬件和软件设计提出了更高的要求。这也要
求调速系统的设计尽量采用简单成熟可靠的原理和性
能优异的软硬件方案。
3.1 控制原理
永磁同步电机控制系统，无速度传感器虽然可以
降低硬件的成本和复杂性，但增加了软件的复杂性，
尤其是低速的控制性能还是研究的热点，因此目前通
常采用成熟的有速度传感器矢量控制。
从永磁同步电机
dq 坐标系下的电磁转矩方程
(
)
[
(
)
]
e
d q
q d
r q
d
q
d q
T
P
i
i
P
i
L
L i i
ψ
ψ
ψ
=
−
=
+
−
（
1）
可以看出，当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定
后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量
，也
就是说控制
d
i
和
q
i
即可控制电动机的转矩。
对于表面贴式永磁同步电机，因为
d
q
L
L
=
，电磁
转矩方程式（
1）可变为：
[
(
)
]
e
r q
d
q
d q
r q
T
P
i
L
L i i
P
i
ψ
ψ
=
+
−
=
（
2）
由式（
2）可以看出，保持
0
d
i
=
可以保证用最小
的电流幅值得到最大的输出转矩值
[4]
。图
2 给出了永
磁同步电机采用令
0
d
i
=
控制策略的控制系统框图。
ref
ω +
+
+
−
−
−
ω
θ
θ
0
=
dref
i
d
i
qref
i
q
i
PI
PI
PI
d
u
q
u
换
变
标
坐
变换器
PWM
PMSM
转速和位置测量
α
u
β
u
u
i
d
i
q
i
∑
∑
∑
换
变
标
坐
码盘
光电
v
i
图 2 永磁同步电机矢量控制系统框图
3.2 硬件系统设计
3.2.1 核心处理芯片 DSP TMS320F2812
设计任何控制系统，核心处理芯片的选择是首要
考虑的问题。从图
1 的电梯系统结构图可知核心处理
芯片要能够实现
DSP 所负责的故障处理、速度控制、
电流控制、
PWM 控制和各种信号检测等功能，这就要
求核心处理芯片要有强大的数字计算功能、有足够的
程序空间来存放用户的程序、足够的
IO 口资源和高速
高精度的
AD 转换模块，虽然这些功能可以通过外扩
芯片来实现，但为了简化系统的结构、提高可靠性，
可以用一块芯片完成这些功能。因此，我们选取了能
够 胜 任 这 些 工 作 的
DSP （ 数 字 信 号 处 理 器 ）
TMS320F2812 作为核心处理芯片。TMS320F2812 是
TI 公司推出的一款用于电机控制的高性能 DSP，基于
2812 的虚拟浮点运算库解决了以往定点 DSP 编程的
不便，
32 位的内核提高了运算的精度，12 位的高速
ADC 单 元 提 高 了 信 号 采 样 的 速 度 和 精 度 ， 高 达
150MHz 的时钟频率使其可以快速实现复杂的算法
[5]
。
3.2.2 DSP2812 控制板
控制板除了能够完成矢量控制的核心算法外，还
应当具有一个调速系统所必须的其他功能。控制板的
设计主要包括信号接口、通讯接口、
DSP 基本外围电
路等几部分。永磁同步电机矢量控制系统所需检测的
用于电机控制的量有直流母线电压、两相线电流、转
子的速度和位置、保护信号等等。
3.2.3 系统主回路
系统主回路包含整流器、逆变器、辅助电源、光
藕隔离、基极驱动等。其拓扑结构如图
1 的上半部分
所示。整流电路采用二极管三相桥式整流，将三相交
流电整流成脉动直流电，并用大电解电容作滤波储能
元件。图
1 中虚线框表示智能功率模块（Intelligent
Power Module-IPM），R4 为制动电阻, 形成放电回路；