一种嵌入式DSP的光电平台图像自动调焦系统 - 国外电子测量技术.DOCVIP

全数字化无刷直流电机伺服控制系统设计 张立文 刘鑫 张淑梅 米阳 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春 130033） 摘要：转矩波动是影响无刷直流电机伺服控制精度的重要因素，限制了无刷直流电机在控制性能要求较高场合的应用。针对此问题，在传统位置环和速度环的基础上，引入数字化电流环，通过电流闭环控制稳定电磁转矩，从而减小转矩脉动的干扰以提高控制精度。通过对系统模型的分析，确定控制系统参数，实现了以高性能的数字信号处理器DSP28335为核心的电机伺服控制系统软硬件设计。实验结果表明，引入数字电流环后，系统的跟踪精度得到了明显的提高（近9倍），且系统的动态响应性能也得到了较好的改善。 关键词：转矩波动；无刷直流电机；数字电流环；DSP28335 中图分类号　　文献标识码A 国家标准科学分类代码：510.80 Fully-Digital Design of BLDC Motor Servo Control System Zhang Liwen Liu Xin Zhang Shumei Mi Yang （Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China） Abstract:closed loop control, which can reduce the disturbance of torque ripple so as to improve the servo control precision. Through the analysis of the system model, control system parameters are determined. The design of servo control hardware and software system is completed based on high performance digital signal processor DSP28335. Experimental results show that the introduction of digital current loop can clearly improve the dynamic response performance, and the tracking precision can be improved by nearly 9 times. Key words: torque ripple; BLCD motor; digital current loop; DSP28335 引言 无刷直流电机具有体积小、无火花、转矩高、调速性能好、可靠性高等优点[1]，在工业控制、军事对抗等领域有着广泛的应用。目前无刷直流电机伺服技术的研究主要集中在控制电路的选用、控制策略的优化、转矩波动的抑制等方面。 传统的无刷直流电机控制电路历经了从模拟电路控制到单片机控制的过程[2]，但它们存在运算精度低、处理速度慢、集成度和抗干扰能力差等缺点，目前已经被高性能的专用数字信号处理器（DSP）所取代，DSP集成了丰富的外设资源，运算速度快，可以处理复杂的控制算法，已成为电机控制首选的核心处理器。传统的无刷直流电机控制系统多采用位置环和速度环的双闭环控制结构，这种结构往往对电机力矩波动的影响考虑不足[3]，导致系统易受扰动干扰，难以满足伺服系统对控制性能的要求，而电流环的引入可以加快系统的动态响应过程，依电流变化稳定电磁转矩，减小转矩脉动从而增加系统的抗干扰能力，还可以限制电机的启停和堵转电流以保证系统的安全，电流环已成为提高无刷直流电机伺服控制性能的关键环节。 本文以某型号转台的伺服控制系统为应用实例，设计了一套以高性能数字信号处理器TMS320F28335 DSP为硬件核心的无刷直流电机控制系统，实现了全数字化的三闭环结构控制策略，并着重介绍了数字电流环的设计和实现过程。通过仿真和实验验证了系统设计的合理性。 三闭环控制策略 系统由位置环、速度环和电流环三个闭环控制来实现，电流环处于最内环，位置环处于最外环。位置给定值与反馈值相减得到位置偏差，经位置调节器校正构成位置回路[4]；位置回路的输出与速度反馈值相减得到速度偏差，经速度调节器校正构成速度回路；速度回路的输出与电流反馈值相减得到电流偏差，经电流调节器校正就实现了电流闭环，电流环输出PWM信号至功率驱动器，从而驱动无刷直流电机。系统控制结构原理如图1所示。 图1 系统控制结构原理图 电流环设计 电流环主要由电流调节器、电机驱动器、直流电机