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基于32位DSC开放式交流伺服电动机驱动控制台的研制 谢玉春 罗苏华 高睿 毛永乐 电气工程及自动化学院 指导教师：杨贵杰 课题研究目的 基于嵌入式实时性能、强大的DSP处理能力、快速的中断响应速度以及高容错能力PWM)方法、正弦波原理无刷直流电动机驱动与控制、永磁同步电动机的磁场定向（FOC）控制系统的实验分析与研究。因此依据电机控制技术的发展方向研制基于32位DSC开放式交流伺服电动机驱动控制平台，并将其应用于《一体化电机系统的驱动与控制》本科生创新课程教学中具有重要的理论意义和实用价值。由于平台系统采用开放式、模块化结构和可重构、可任意扩展功能，因此所研制的平台系统具有先进性。 二、课题背景 现代电机控制的发展，一方面要求提高性能、降低损耗、减少成本，另一方面又不断地有技术指标极其苛刻的特殊应用的系统需求。可靠性高、实时性好是对电机控制系统的基本要求。微电子技术和计算机技术的飞速发展以及控制理论的完善、仿真工具的日渐成熟，给电机控制行业带来了很多发展的机遇；同时现代电力电子技术的发展，使得功率器件的开关频率越来越高，各项性能也越来越好。而传统的基于单片机软件运算的控制系统，由于速度慢、开发周期长等弱点，已越来越不适应现代高性能伺服系统的要求以及时代发展的需要。数字信号控制器（DSC）的出现，特别是高性能的32位DSC的出现，为电机系统实现全数字高性能的控制提供了软硬件基础，并且在电机驱动控制领域得以广泛应用，代表着当今电机驱动控制的发展方向。 三、课题研究主要内容 项目研究的主要内容可概括为以下三个方面: 1）、设计一个基于32位DSC TC1166的永磁无刷直流电动机驱动控制平台； 2）、研制基于32位DSC TC1166电机控制算法程序库，完成电机控制算法程序的仿真和验证。 3）、基于32位DSC TC1166电机集成控制器实现永磁无刷直流电动机的驱动控制（实验演示）。 (1)、基于32位DSC TC1166永磁无刷直流电动机的驱动控制平台的架构 近年来数字控制处理芯片的规模，运算能力和可靠性得到了很大提高，以及电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，使得DSP和高性能的MCU以及FPGA广泛应用于交流伺服电动机驱动控制系统中，取代了以前的模拟器件控制系统。采用全数字控制技术，结合电机驱动控制理论来设计和构成具有开放式、可编程的嵌入式电机驱动控制系统。以德国Infineon公司32位DSC TC1166电机集成控制器为核心，应用数字控制技术，构造一个开放式永磁无刷直流电动机的驱动控制平台。平台系统包括1台上位控制计算机、1台伺服控制器、1台带有旋转变压器的永磁无刷直流电动机、一套转矩/转速测试仪和一台磁粉制动器。其重点研制以32位DSC TC1166电机集成控制器为核心伺服控制器。其系统硬件结构框图如图1所示 图1基于DSC的永磁无刷直流电动机的驱动控制平台系统结构框图 (2)、电机控制算法程序库的编制、仿真和调试 作为复杂的永磁无刷直流电机驱动控制系统, 该项目将涉及几十个电机控制程序模块, 每一个程序模块都是具有特定功能的独立子程序，、可任意扩展到不同的控制重复使用。基于32位DSC TC1166电机集成控制器，主要包括：电流采样、矢量变换、电流PI调节、速度PI调节、空间矢量脉宽调制、电流保护和通信等程序模块。程序模块均采用C高级语言编制，其专业性强，软件结构较为复杂工作量大。利用现有的32位TriCoreTM 图2 DSC TC1166 DSP器件为核心的伺服控制器 (3)、基于32位DSC TC1166的永磁无刷直流电动机的驱动控制系统 电机控制程序模块的仿真、调试最终的目的是要在32位DSC TC1166器件中集成出一个SOC（System on a Chip） 图3 驱动控制系统原理框图 四、结论 1 完成了基于32位DSC开放式交流伺服电动机驱动控制平台的硬件搭建 整个驱动控制系统平台硬件可分为三部分 控制电路分为连接插件、时钟、外设、仿真头、AD转换、芯片供电电源等7部分组成，原理图如图4所示： 图4 控制板原理框图 控制电路板实物如图5所示： 图5 控制电路板 功率驱动电路及信号检测电路 包括：功率管的驱动和电流电压检测（电流霍尔传感器）电路，原理图及实物图如图6所示： 图6功率驱动及信号检测电路 开发系统应用平台 被控电机为一台额定值为P=460w,U=220v,I=1.5A,n=1500 rpm的无刷直流电机，为了向控制板提供其转子角度位置，需要一台旋转变压器检测转子位置信号，以及一台负载直流电机。以下为其硬件实物图： 图