基于dsPIC30F6010的無(wú)刷直流電機的控制系統

摘要：研究了基于dsPIC30F6010的無(wú)刷直流電動(dòng)機有位置傳感器法和反電勢過(guò)零檢測法兩大調速系統。完成了硬件和軟件的設計，并進(jìn)行了測試。試驗結果表明，電機起動(dòng)穩定快速、正常，運轉良好，具有較寬的調速范圍，精度高，滿(mǎn)足了無(wú)刷直流電動(dòng)機高性能伺服控制的準確性與實(shí)時(shí)性的要求。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機；dsPIC30F6010；有位置傳感器法；反電勢

無(wú)刷直流電動(dòng)機作為機電一體化產(chǎn)品，由于其既具備交流電動(dòng)機的結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備有刷直流電機的運行效率高、無(wú)勵磁損耗以及調速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了有刷直流電機由于機械電刷和換向器的存在所帶來(lái)的噪聲、火花、無(wú)線(xiàn)電干擾以及壽命短等弊病，并且制造成本低，簡(jiǎn)化了電機的維修，使得它在工業(yè)上的應用也越來(lái)越廣泛。本文涉及的系統以dsPIC30F6010為核心的數字信號控制器(Digital Signal ControlIer，DSC)為基礎，迎合了控制領(lǐng)域的數字化和智能化的趨勢。目前在控制上較多應用以DSP作為控制器，傳統的DSP用做數字信號處理，使其在滿(mǎn)足系統快速性和實(shí)時(shí)性的基礎上兼顧控制能力。而dsPIC30F6010作為一款為控制領(lǐng)域應用的數字信號控制器，是一款性?xún)r(jià)比優(yōu)越的控制器(略低于DSP)，保證控制要求的前提下加快了運算速度。

1 系統硬件設計
1．1 控制器dsPIC30F6010簡(jiǎn)介
dsPIC30F6010為16位(數據)改進(jìn)的哈佛結構，是一款專(zhuān)為電機控制應用設計的80引腳的DSC。它運算靈活，數據處理能力強(內部有兩個(gè)40位的累加器)，指令集靈活并且支持小數運算。該DSC內部包含4M×24位的數據RAM、4 KB的E2PROM和32 KB的FLASH程序存儲空間，便于構成最小的控制系統。該DSC擁有豐富的外設，適合各種電機的數字控制，其中專(zhuān)門(mén)設計了8路死區時(shí)間可編程的PWM輸出通道(可控制四相電機)和5個(gè)16位計時(shí)器，可以直接用于控制電機；具有的4個(gè)16位的輸入捕捉和輸出比較功能，可以方便地捕獲電機位置傳感器信號；16通道10位A ／D轉換器可用于處理電機速度反饋、電壓、電流等模擬信號的采用，實(shí)現電機的各種控制功能；專(zhuān)為編碼器設計的QEI編碼器接口；而且它具備故障檢測接口，可以很好的對電路進(jìn)行保護。
1．2 驅動(dòng)電路
智能功率模塊(Intelligent Power Modulation)不但提供一定的功率輸出，并且具有邏輯、控制、傳感、檢測、保護和自診斷等功能。它內含驅動(dòng)電路、保護電路，可實(shí)現過(guò)流、短路、欠壓和過(guò)壓等保護。由于采用了隔離技術(shù)，散熱更均勻，體積更加緊湊。如果與單片控制芯片結合則可以實(shí)現兩片式集成化控制系統。故成為當今電機控制系統開(kāi)發(fā)者首先考慮的選擇，可提高系統可靠性，大幅度降低開(kāi)發(fā)時(shí)間和費用。
本文采用的是以三菱公司生產(chǎn)的第三代單電源供電智能功率模塊(IPM)PS21563為核心組成的驅動(dòng)電路。并設計了其外圍電路：光耦電路、自舉電路、短路保護電路。
1．3 有位置傳感器法硬件系統
給定轉速與速度反饋量形成偏差，經(jīng)速度PI調節后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋值的偏差經(jīng)電流PI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。以下為如何根據位置參數確定速度以及電流檢測的方法：
(1)位置檢測與速度反饋值的計算。圖1為無(wú)刷直流電動(dòng)機三個(gè)空間上相差120°霍爾信號的電平變化圖形。每一個(gè)霍爾傳感器都產(chǎn)生180°脈寬的輸出信號。從圖1中可以看出只要任意一階段電平變化就到了換相時(shí)刻，檢測到三個(gè)霍爾信號的電平狀態(tài)(這里稱(chēng)之為換相控制字)即可給相對應的開(kāi)關(guān)管打開(kāi)或關(guān)閉。