基于DSP的無刷直流電機智能控制系統(tǒng)研究

　摘要： 介紹了TMS320LF2407 DSP在無刷直流電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，采用了模糊控制策略，設(shè)計了上位監(jiān)控系統(tǒng)，給出了數(shù)字化、智能化的實現(xiàn)方案，實踐結(jié)果證明了系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性滿足要求。

　　1 引言

　　永磁無刷直流電機具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等特點，又具有直流電機調(diào)速性能好、運行效率高、無機械換向等優(yōu)點，使它在機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、儀器儀表
儀器儀表

　　廣義的說儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，如氣動調(diào)節(jié)儀、電動調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)等也皆屬器儀表。儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。如顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等，可以擴展人的視、聽、嘗、摸外部事物的官能；有些儀器儀表，如磁強計、射線計數(shù)計等，可感受和測量到人所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。 [全文]

等各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是采用了DSP數(shù)字信號處理器、電子換向器、光電編碼器等，使得無刷直流電機的數(shù)字化、智能化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)成為可能，也是當(dāng)今研究與應(yīng)用的熱點。但由于無刷直流電機本身存在非線性、數(shù)學(xué)模型難以建立等問題，單純用傳統(tǒng)的PID難以獲得較好的速度控制效果；加上以往用單片機
單片機
　　單片機是單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer）的簡稱，是一種將中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成到一塊硅片上構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)。 [全文]

實現(xiàn)，線路復(fù)雜、速度慢，難以實現(xiàn)數(shù)字化、智能化控制。

　　本設(shè)計是在我所研制的DSP數(shù)字控制實踐開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以TMS320LF2407 DSP控制器為核心；以無刷直流電機為被控對象；以模糊PI為智能控制策略；以霍爾電流傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

及光電編碼器為檢測手段，利用DSP速度快、運算能力強、資源豐富的優(yōu)勢，對無刷直流電機的控制與應(yīng)用進行了研究。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　系統(tǒng)由“PC上位機、TMS320LF2407 DSP控制器、功率驅(qū)動模塊、無刷直流電機、檢測單元、通訊接口”等組成，如圖1所示。

　　2.1 DSP控制器

　　TMS320LF2407是一種具有高速的運算能力與面向電機高效控制的數(shù)字信號處理器，集成了針對電機控制所需要的CPU、片內(nèi)RAM、ROM/FLASH、SCI、事件管理器等功能模塊資源。CPU具有獨立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，高速的運算能力，可完成復(fù)雜的控制算法與先進的控制策略；SCI串行通訊接口與PC上位機進行實時通訊，完成程序設(shè)計、數(shù)據(jù)采集及上位監(jiān)控等功能；事件管理器的通用定時器用于產(chǎn)生電流和速度控制周期；16位脈寬調(diào)制PWM通道產(chǎn)生的信號供給驅(qū)動模塊IGBT，通過調(diào)整PWM的占空比，進行電壓自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對無刷直流電機的轉(zhuǎn)速和電流的控制；10位A/D轉(zhuǎn)換接口用于測量電機的定子電流；正交編碼器接口QEP用于接收光電編碼器的反饋信號并計算轉(zhuǎn)速；5個外部實時中斷用于電機驅(qū)動保護和復(fù)位；3個捕捉單元可對電機轉(zhuǎn)子位置進行檢測等，這些資源為實現(xiàn)無刷直流電機數(shù)字化、智能化的研究與應(yīng)用提供了極大方便，也是目前具有競爭力的數(shù)字電機控制器。

　　2.2 無刷直流電機

　　采用1500轉(zhuǎn)/分，1.78A，27V電壓供電的無刷直流電機，定子為三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子是永磁體結(jié)構(gòu)，采用星形接法兩相通電三相6狀態(tài)運行方式。當(dāng)定子繞組兩相通上方波電流產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場垂直時，則產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)定子電流需要不斷換相，才能保證兩個磁場下的電流方向不變，因此通過控制三相定子電流的通電順序和大小，就可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的控制。