基于DSP無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)屬于一種自控同步電動(dòng)機(jī)，它主要由DSP電機(jī)專用高速處理器芯片、轉(zhuǎn)子位置傳感器、邏輯驅(qū)動(dòng)電路、功率電子開關(guān)、電流和電壓檢測(cè)等裝置組成。DSP控制的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，無(wú)刷電動(dòng)機(jī)定子繞組為星形接法；DSP控制芯片ADMCF328驅(qū)動(dòng)專用集成芯片IR2130；逆變橋采用三相橋式電路；轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器利用霍爾元件檢測(cè)，并利用位置信號(hào)估算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁體，產(chǎn)生直軸位置的勵(lì)磁磁場(chǎng)，定子為電樞繞組，通過(guò)功率控制器控制各相繞組的通斷狀態(tài)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。設(shè)計(jì)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如果選擇轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子電樞系統(tǒng)直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度降低時(shí)，位置檢測(cè)器的輸出信號(hào)頻率也降低，電樞電流頻率及其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度也隨之降低，但若使電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)的相對(duì)位置仍保持不變，則電動(dòng)機(jī)就不會(huì)失步。同時(shí)，由無(wú)刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性可知，調(diào)節(jié)直流電壓Ud的大小，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速性能，這與有刷直流電動(dòng)機(jī)有相似的機(jī)械特性。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)采用速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，兩個(gè)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器都采用PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，如圖2所示。計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的是為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計(jì)算出電樞電流的指令值。在直流母線上采集電流調(diào)節(jié)器的采樣信號(hào)，采樣信號(hào)與前端值比較計(jì)算后輸出給PWM同步調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的計(jì)算除了調(diào)節(jié)器設(shè)定的PID參數(shù)KP，kI和kD外，還要設(shè)定PWM周期參數(shù)等。

2．2 DSP控制板
DSP控制板由ADI公司生產(chǎn)的專用DSP芯片ADMCF328、硬件控制與恢復(fù)電路等組成。ADM-CF、328芯片具有強(qiáng)大、快速的處理能力，主要完成控制算法的處理、PWM輸出、模／數(shù)轉(zhuǎn)換、與上位機(jī)通信和輸出顯示等功能。
該芯片只有28個(gè)外部引腳，縮小了控制板尺寸，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且具有價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。芯片的內(nèi)部集成了一個(gè)具有反向功能的5倍放大器，用于精確的電流采樣，實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。芯片與IR2130驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、鍵盤和計(jì)算機(jī)等外設(shè)備連接，可實(shí)現(xiàn)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制和運(yùn)行監(jiān)視。