基于DSP的無(wú)刷直流電機控制器設計與實(shí)現

2 系統構成
圖3為系統構成框圖?？刂破鞑捎酶咝阅艿臄底中盘柼幚砥鱐MS320F2812作為控制核心，電流采樣及位置檢測采用了芯片內置模塊，實(shí)現了高度的集成化；以高精度霍爾傳感器作為系統位置反饋元件；以高精度檢測電阻作為電流反饋元件；構成數字化速度和電流雙閉環(huán)控制系統?？紤]到電機PWM驅動(dòng)信號的載波頻率比較高，功率模塊選擇了MOSFET開(kāi)關(guān)管。

由圖4可以看到這是一個(gè)典型的雙閉環(huán)調速系統，包括一個(gè)速度調節環(huán)和一個(gè)電流調節環(huán)。首先根據檢測到的轉子位置信號，計算得到電動(dòng)機的當前轉動(dòng)速度，然后與速度參考值比較得到速度偏差值，經(jīng)過(guò)一個(gè)PID控制器后得到相應的電流參考值。該電流參考值與實(shí)際的電動(dòng)機的電流反饋值進(jìn)行比較，偏差的值經(jīng)PID調節后將生成的PWM信號加到電動(dòng)機的功率驅動(dòng)主回路上。通過(guò)控制功率管的開(kāi)通順序和時(shí)間，可改變電動(dòng)機定子繞組中的電流大小和繞組的導通順序，從而實(shí)現對直流無(wú)刷電動(dòng)機轉速的控制。

3 系統各模塊實(shí)現
3．1 電流的檢測和計算
電流的檢測是采用精度較高的檢測電阻來(lái)實(shí)現的，將檢測電阻串聯(lián)接到直流母線(xiàn)中。電阻值的選擇考慮了當過(guò)流發(fā)生時(shí)能輸出的最大電壓。
每—個(gè)周期對電流采樣一次。本設計中PWM周期為50μs，則電流的采樣頻率為20 kHz。開(kāi)關(guān)管采用PWM控制，載波為三角波。在PWM周期的“開(kāi)”的瞬間，電流上升并不穩定也不易采樣。所以電流采樣時(shí)刻應該是在PWM周期的“開(kāi)”的中部，如圖5中的箭頭即為電流采樣肘刻。電流采樣通過(guò)DSP定時(shí)器采用連續增減計數方式的周期匹配事件啟動(dòng)ADC轉換來(lái)實(shí)現。

3．2 位置檢測和速度計算
無(wú)刷直流電機需要不斷地對三相無(wú)刷直流電動(dòng)機進(jìn)行換向。掌握好恰當的換相時(shí)刻可以減小轉矩的波動(dòng)。因此位置檢測是非常重要的。同時(shí)通過(guò)位置檢測信號計算出當前電機的速度數據。
位置信號是通過(guò)3個(gè)霍爾傳感器得到的。每一個(gè)霍爾傳感器都會(huì )產(chǎn)生180°脈寬的輸出信號，3個(gè)霍爾傳感器的輸出信號有120°相位差。通過(guò)將DSP設置為雙沿觸發(fā)捕捉中斷功能，就可以獲得這6個(gè)時(shí)刻。通過(guò)將DSP的捕捉口CAP1～CAP3設置為I／O口、并檢測該口的電平狀態(tài)，就可以知道每個(gè)霍爾傳感器的電平狀態(tài)從而得到當前轉子的位置。
利用位置信號來(lái)計算電機當前的轉速。電機每個(gè)機械轉有六次換相，也就是轉子轉過(guò)60°機械角就有一次換相。通過(guò)DSP的定時(shí)器測得兩次換相的時(shí)間間隔，就可以計算出兩次換相間隔期間的平均角速度。
3．3 其他系統模塊的設計
本系統中電機的轉速設置有兩種方式，一種是采用電位計分壓的方式，由于DSP2812的A／D模塊的電壓采樣范圍是0～3．3 V，所以電位計供電也為3．3 V。另外一種方法是采用DSP2812內置的SCI模塊與上位機PC端進(jìn)行通訊，通訊方式采用RS485通訊總線(xiàn)。RS485總線(xiàn)采用差分傳輸，抗干擾能力強、傳輸距離遠。電流設置也采用DSP2812的A／D模塊采樣電位計分壓的方式。