基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计.pdf

№ ．3 陕西科技大学学报 Jun2009 V0L27 JOURNALOFSHAANXlUNIVERSITYOFSCIENCE＆TECHNOLOGY ·101 · 。 文章编号：1000--5811(2009)03—0101—05 基于 DSP的直流无刷 电机控制系统设计 孟彦京 ，常 杰 ，朱玉国 (1．陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西 西安 710021；2．山东长星集团有限公司，山东 滨州 256206) 摘 要：为了提高无刷直流电机的控制效果，设计 了一种基于数字信号处理器(DSP)控制的 无刷直流 电机控制系统，主要包括无刷直流电机系统的硬件 电路、电机的控制策略及设计，并 给出了系统的软件流程图．研究结果表明，该系统不仅结构简单紧凑，而且控制精度高，具有良 好的静态和动态性能，且成本低，可靠性高，有 良好的应用价值． 关键词 ：无刷直流电机 ；DSP；控制系统 中图分类号：TM301．2 文献标识码：A 0 引言 在传统的电机控制器中，采用一个或多个单片机作为电机控制的核心处理器，这种电机控制器外围电 路复杂，计算速度慢，从而导致控制效果不理想．近年来，许多新的电机调速算法被研究并运用于电机控制 系统中，如矢量控制，直接转矩控制等．随着这些控制算法的日益复杂，必须具备高速运算能力的处理器才 能实现实时计算和控制，为了适应这种需要，国外许多公司开发了控制电机专用的高档单片机和数字信号 处理器．永磁式同步电动机以其结构简单，运行可靠，特别是具有其他 电机所无法比拟的高效率而受到了 人们越来越多的关注．永磁同步电机按工作原理、驱动电流和控制方式的不同可分为具有正弦波反电势的 永磁同步电动机 (PMSM)和具有方波(或梯形波)反电势的永磁同步电动机，后者又称为无刷直流电动机 (BLDCM)．电力电子器件及微处理器的发展为高性能系统提供了实现手段[1]．由于DSP内核的高速处 理能力和面向电机控制的专用外 围设备，实现全数字调速系统成为可能．本文研究了一种以DSPT— MS320F240为核心的方波无刷直流电动机控制方案． 1 永磁直流无刷电机的工作原理 无刷直流电动机的本体基本上是一个永磁同步电动机，定子三相绕组通过交流方波，转子为永磁体， 励磁 由转子的永磁体提供，定子的三相绕组中的交流电产生旋转磁场 ，电枢磁势和转子磁势共同作用产生 电磁转矩．仿照直流电机特性，如果两个磁场始终垂直，则产生的电磁转矩为最大，由于转子是转动的，其 磁场方向也是旋转的，因此必须通过控制三相定子的通电顺序来改变定子磁场使其与转子磁场基本垂直 (即转矩角为 90。)．实际上，定子换相逻辑使其转矩角的平均值为 90。．首先应知道 目前转子的位置，再根 据换相要求确定三相定子的通 电顺序，这也就是无刷直流电动机需要转子位置传感器的原因．电机定子绕 组轴向示意图如图1所示． 无刷直流电机带有 3个霍尔传感器，霍尔传感器的输出信号通常是高低电平相互覆盖，两相输出之 间的相位差为 120。．霍尔传感器有两个作用：一是用来控制电机换向；二是用来计算电机转过的角度． 无刷直流电机无机械换向，它的换向原理如图2所示，霍尔传感器的每个输出信号触发一个中断，在 } 收稿 日期：2OO9_O3—22 作者简介：孟彦京 (1956--)，河北省宁晋县人，教授，硕士，研究方向：电力电子与电力传动 · 102 · 陕西科技大学学报 第27卷 图1 三相直流无刷电机定子 图2 霍尔传感器的输出信号 绕组和位置传感器输 出 中断服务程序中，根据检测到的3个霍尔传感器的状态来决定电机特定绕组的导通和断开，从而实现电机 的连续转动．无刷直流电机转子每转一周从霍尔传感器可以得到6个输出信号，也就是说，传感器每输出 一 个信号就表明电机又转过了一个 60。，我们可以这样计算电机转过的角度：电机启动以后，记录霍尔传 感器输出信号的个数 ，60X起即为电机转过的角度． 2 DSP的主要功能结构 TMS32OF240是TI公司专为