基于DSP的無(wú)刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
TMS320F2812是由德州儀器公司生產(chǎn)的，指令處理速度高達(dá)150MIPS的數(shù)字信號(hào)處理器，專門為工業(yè)自動(dòng)化及自動(dòng)化控制等應(yīng)用而設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，在TI專用集成開發(fā)環(huán)境CCS中由C語(yǔ)言編寫完成。
軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)速計(jì)算程序和無(wú)刷電機(jī)的雙閉環(huán)控制程序。轉(zhuǎn)速計(jì)算程序主要實(shí)現(xiàn)速度參數(shù)計(jì)算和換相操作。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60°機(jī)械角都觸發(fā)一次捕捉中斷。當(dāng)進(jìn)入捕捉中斷后，首先計(jì)算速度參數(shù)，然后將CAP管腳設(shè)置為I／O狀態(tài)。進(jìn)入I／O狀態(tài)后就可以讀出當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置狀態(tài)。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置狀態(tài)進(jìn)行換相后恢復(fù)CAP模塊的捕捉功能。捕捉中斷子程序框圖如圖6(a)所示。雙閉環(huán)控制程序在A／D中斷子程序中實(shí)現(xiàn)。通過(guò)定時(shí)器周期匹配事件啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后進(jìn)入A／D中斷。進(jìn)入中斷后首先判斷是否進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。如果需要調(diào)節(jié)，則將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)值與電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值進(jìn)行比較，兩者的差值經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后得出電流參考值；如果不需要調(diào)節(jié)則保持之前的電流參考值不變。然后讀取A／D轉(zhuǎn)換值，將它與電流參考值進(jìn)行比較，兩者的差值經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后得出PWM波的占空比。最后在根據(jù)調(diào)節(jié)結(jié)果改變占空比后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出A／D中斷子程序。A／D中斷子程序框圖如圖6(b)所示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)樣機(jī)為稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子為一對(duì)極，定子電樞繞組采用星形接法。PWM頻率的選取要考慮電機(jī)性能及功率管效率等方面。頻率越高，電機(jī)噪聲越小，但會(huì)增加功率管的損耗；頻率低時(shí)，功率管損耗減小，但噪聲會(huì)增大。綜合考慮，本系統(tǒng)中PWM頻率選定為20 kHz。圖7為DSP輸出的對(duì)稱PWM波。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)刷直流電機(jī)在1000～4000 r／min范圍內(nèi)可以平穩(wěn)調(diào)速，電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間以及最大啟動(dòng)電流均滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

6 結(jié)論
文中是基于TMS320F2812DSP的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用DSP豐富的片內(nèi)資源及高效的數(shù)據(jù)處理能力，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。文中所設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)對(duì)電機(jī)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)電流環(huán)和速度環(huán)使用PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了具有超調(diào)量小、響應(yīng)速度快特點(diǎn)的無(wú)刷直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。