基于DSP+CPLD的無(wú)刷直流電機三環(huán)控制設計

摘要：以先進(jìn)的TMS320F2812型數字信號處理器(DSP)為主控制芯片，利用CPLD實(shí)現無(wú)刷直流電機(BLDCM)的邏輯換相，以位置環(huán)控制為主，速度環(huán)和電流環(huán)控制為輔，設計了一套BLDCM的三環(huán)控制系統。系統對數字電路與功率電路進(jìn)行光耦隔離，確保整個(gè)系統具有良好的電磁兼容性?？刂栖浖捎枚ㄖ芷诳刂?，循環(huán)等待中斷發(fā)生。實(shí)驗結果表明，該系統工作穩定、可靠，具有良好的動(dòng)、靜態(tài)特性，且實(shí)時(shí)性強。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機；三環(huán)控制；數字信號處理器

1 引言
現有的BLDCM控制系統大多采用單環(huán)控制，很難同時(shí)滿(mǎn)足系統的快速性、穩定性與準確性的要求。此處采用TMS320F2812型DSP為主控制芯片，采用EPM3128ATC100-10型CPLD實(shí)現BLDCM的邏輯換相與速度計算，實(shí)現了控制系統的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的三環(huán)控制。

2 系統組成和工作原理
三相BLDCM的三環(huán)控制框圖如圖1所示。

最內環(huán)為電流環(huán)，次內環(huán)為速度環(huán)，最外環(huán)為位置環(huán)。該三環(huán)控制以位置控制為最終目標，給定位置與位置反饋量形成偏差，經(jīng)位置調節后產(chǎn)生速度參考量，它與速度反饋量的偏差經(jīng)速度調節后形成電流參考量，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調節后形成PWM占空比的控制量，實(shí)現電動(dòng)機的速度控制，最終實(shí)現整個(gè)系統的位置控制。
系統組成框圖如圖2所示。

BLDCM的三環(huán)控制系統的基本工作原理為：①電機控制系統與上位機通過(guò)通訊單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通信；②DSP接收位置反饋信號、電流反饋信號、速度反饋信號后，根據位置指令和位置反饋信號形成的偏差信號進(jìn)行控制律的計算，輸出電機控制信號；③CPLD對電機霍爾信號和電機控制信號進(jìn)行邏輯處理產(chǎn)生6路控制功率管開(kāi)關(guān)的相序，通過(guò)隔離電路輸入驅動(dòng)電路；④驅動(dòng)電路采用三相全橋方式，采用上橋臂調制方式，采用驅動(dòng)芯片IR2130控制逆變電路MOSFET功率管的開(kāi)通與關(guān)斷，實(shí)現電機的PWM控制；⑤電機電流經(jīng)過(guò)電流采樣電路與隔離放大電路后，送入DSP，形成電流環(huán)。CPLD接收電機霍爾信號，經(jīng)計算得到電機速度信息，送入DSP，形成速度環(huán)。電機輸出帶動(dòng)執行機構運轉，位置傳感器實(shí)時(shí)檢測執行機構的位置信息，通過(guò)位置采樣、放大電路反饋給DSP，實(shí)現位置環(huán)。