2015年基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计.doc

基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计 摘?要：介绍了以高性能TMS320F2812?DSP芯片为核心的无刷直流电机控制系统的设计和实现，主要包括系统硬件电路的主要构成，电机的控制策略及软件结构。?实验表明，该系统结构简单紧凑，控制精度高，具有良好的静态和动态性能。 关键词：无刷直流电机;TMS320F2812;控制系统 Design?of?Control?System?of?Brushless?DC?Motor?Based?on?DSPWANG?Chen-yang,?ZHANG?Qi,?XIONG?Jiu-long Abstract:?The?design?and?implementation?of?brushless?DC?motor?control?system?based?on?high?performance?DSP?TMS320F2812?is?introduced?in?this?paper,?it?is?made?up?of?three?aspects,?the?main?structure?of?system?hardware,?the?strategy?of?motor?controlling?and?software?structure。Experimental?results?show?that?the?system?has?a?simple?and?compact?structure，high?control?precision?and?good?dynamic?and?static?characteristics. Key?Words：brushless?DC?motor;TMS320F2812;control?system 1.?引言 　　无刷直流电机利用电子换向器取代了传统直流电机中的机械电刷和机械换向器，因此不仅保留了直流电动机运行效率高和调速性能好等优点，又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。由于不受机械换向限制，易于做到大容量、高转速，目前在航天、军工、数控、冶金、医疗器械等领域已得到大量应用。TMSF2812?DSP是TI公司新推出的基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设，具有灵活、可靠的控制和通信模块,完全可以采用单芯片实现电机控制系统的控制和通信功能，使得电机控制系统简单化、模块化，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。本文设计和实现了基于TI公司TMS320F2812?DSP芯片的无刷直流电机控制系统，整个系统结构紧凑，功能完善。 2.?系统硬件设计 　　系统的硬件框图如图1所示，可以看出基本上包括一个以TMS320F2812?DSP为核心的DSP控制板，一块配套的功率驱动板和一台无刷直流电机。 图1?系统硬件框图 　　2.1控制部分硬件设计 　　控制板部分以TMS320F2812为核心，加上一部分外围电路及接口构成。实现的主要功能是控制指令的接收和执行，速度信号的接收和计算处理，电流采样信号接收和转换，速度闭环和电流闭环控制算法的执行等。 　　对电机的控制主要使用F2812片上的两个电机控制专用外设——EVA和EVB。利用通用定时器T1配合PWM发生器来产生驱动功率器件所需的六路PWM信号，通过GPIO接口将三路电机霍尔传感器信号输入捕获单元，从而获取三个转子的位置，进而控制电机的换相和进行电机转速的计算。两个12位AD模块对相电流信号Iphase和输入的速度调节电压信号Vref进行转换和存储，分别作为电流环的反馈信号和速度环的参考信号。通过片上的通用输入输出接口（GPIO），实现与功率驱动部分的连接，输出启动停止信号，正反转信号，紧急制动信号等，同时接收输入的保护信号，故障信号等。通过片上的SCI模块实现与计算机的通信，接收上位机的控制指令。 　　控制部分硬件结构如图2所示。 图2?控制板电路框图 　　2.2功率驱动部分硬件设计 　　功率驱动部分的硬件电路，主要由前置驱动芯片和六个功率MOSEFET管组成，实现对控制部分传送过来的换相信息的处理和PWM信号的隔离放大，控制功率MOSFET管的导通和关断，以此来控制电机的工作状态和速度。除此之外，还有电源电路，电流检测电路，过流保护和紧急制动电路等辅助电路，以及与电机和控制板的接口电路。 　　前置驱动芯片采用的是IR公司的MOSFET驱动芯片IR2131，具有集成度高、可靠性好、速度快、过流欠压保护、调试方便等特点。IR2131?内部设计有过流、过压及欠压保护。 　　功率驱动电路采用24V供电，驱动电路与电机的连接采用三相全桥方式，电机工作在三相六状态模式下。以任一时刻电机只有两相导通的方式来控制换流元件。PWM调制的方式是软斩波方式，即导通时下桥臂功率管始