基于DSP的无刷直流电机控制系统设计和仿真研究解析.doc

题 目 基于DSP 的无刷直流电机控制系统设计 作 者： 潘高超 学 号： 班 级： 研15电气 完成日期： 2016年 5月 22日 摘 要 随着计算机技术和现代控制理论的发展，由数字控制装置组成的随动系统应运而生。与传统的模拟系统相比，数字随动系统具有设计简单，体积小，修改方便，精度高，可靠性高等优点。作为典型的数字随动控制系统的执行器，无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，故在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如机器人、数控机床、雷达、潜艇和各种军用武器随动系统。 本文以无刷直流电机控制系统在武器随动系统中的应用为背景，设计基于DSP的无刷直流电机控制系统。 首先,本文深入研究了永磁无刷直流电机,确立了一套以DSP(TMS320LF2407A) 为核心的无刷直流伺服电机的控制系统方案。本控制系统的主要优势在于利用数字信号处理器DSP的高速数字运算功能，实现各种高效的控制算法，达到无刷直流电机的高精确控制的目的。 在控制系统设计部分，本文重点论述了控制系统的总体硬件构成，包括TMS320LF2407A控制器，DSP外围电路和功率驱动及其逆变电路的设计。同时，对位置信号、相电流、相电压检测电路，速度信号检测电路和故障逻辑电路进行了设计。本文还对控制系统软件进行了简单介绍，包括主程序、中断服务程序以及速度环和电流环算法，并基于模块化结构设计思想绘制了流程框图。 关键词：无刷直流电机，TMS320LF2407A，精确控制，DSP 控制系统硬件设计 1.1 控制系统总体的硬件构成 针对无刷直流电机控制系统的分析，设计了基于DSP的无刷直流电机数字控制系统，其硬件构成如图所示。 本系统的控制电路主要由功率驱动、三相逆变和DSP(TMS302LF2407A)单元组成，当然还包括DSP接口电路，以及必要的保护电路。本系统采用PWM方式实现对无刷直流伺服电机的控制。交流输入经过整流、稳压并为逆变电路提供直流电源。驱动部分采用国际整流器公司的驱动模块IR2132S，控制由转速环和电流环双闭环组成，从而有效地提高了无刷直流电机的控制精度。位置给定由无刷直流电机自带的霍尔元件给出，并由LF2407A的CAP端进行捕捉定位。转速及其方向给定由光电编码器形成正交编码信号，由LF2407A的QEP端进行速度与转向的鉴定。根据给定的速度信号，DSP产生一定的PWM波。通过调整PWM波宽度控制功率管的开关时间，实现对无刷直流电机的控制。 电流给定由单电流霍尔传感器在LF2407A的控制下传达三相电流信号并由LF2407A自带的A/D进行采样，由LF2407A根据电流采样值来调整PWM波的占空比，从而改变相电流幅值。人机界面接口采用键盘液晶显示，并提供上位机(SCI方式)的接口。系统选用DSP的PDPINTA管脚作为系统保护信号的输入端，一旦系统出现故障时，PDPINTA引脚电平变低，所有PWM输出引脚均设置为高阻状态，此时一个中断将被生成。 1.2 TMS320LF2407A DSP 控制器介绍 TMS320LF2407A是TI公司推出的TMS320C24xx系列DSP中最新的功能最齐全最强大的16位定点数字信号处理器。与传统的24x处理器相比，TMS320LF2407A性能有很大的提高；40MIPS的运算速度(24x为20MIPS，240x为30MIPS)；软件加密功能，能够有效地防止片内软件的非法拷贝；不仅为码盘接口单元输入引脚提供了输入限定功能，也为其它捕获输入、除Reset以外的外部中断输入和ADCSOC引脚提供了输入限定功能，以防止误动作；在比较控制寄存器(COMCONx)中使用功率驱动保护中断引脚(PDPINTx)，该位在240x系列中为保留位。 TMS320LF2407A的功能除具有TMS320系列DSP的基本功能外，还具有以下特点： (1) 采用高性能静态CMOS技术，使供电电压降为3.3V，减小了控制器功耗； 40MIPS的最高指令执行速度使得指令周期为25ns ( 40MHz )，从而提高了控制 器的实时控制能力。 (2) 基于TMS320C2xxDSP的CPU内核，保证了TMS320LF2407A代码和TMS320系列DSP代码兼容。 (3) 片内有高达32K字FLASH程序存储器，并带有可编程加密功能；高达1.5K字数据/程序RAM，544字双口RAM ( DARAM)和2K字单口RAM ( SARAM )。 (4) 十二路带