基于DSP的無(wú)刷直流電機伺服系統設計

摘要：設計了以TMS320F2812DSP芯片為核心的無(wú)刷直流電機伺服控制系統。采用電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)三閉環(huán)控制，對位置環(huán)采用積分分離的PID算法，以減小電機在運行過(guò)程中積分校正對系統動(dòng)態(tài)性能的影響。為加快系統響應速度，減輕DSP負擔，電流環(huán)采用模擬方法實(shí)現。實(shí)際應用表明該系統具有精度高，響應快，穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：伺服系統；TMS320F2812DSP；三閉環(huán)控制；PID算法

O 引言
無(wú)刷直流電機(簡(jiǎn)稱(chēng)BLDCM)是一種用電子換向器取代機械電刷和機械換向器的新型直流電動(dòng)機，具有結構簡(jiǎn)單，調速性好，效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)得到廣泛應用。TMS320F2812數字信號處理器是TI公司最新推出的32位定點(diǎn)DSP控制器，器件上集成了多種先進(jìn)的外設，具有靈活可靠的控制和通信模塊，完全可以實(shí)現電機系統的控制和通信功能，為電機伺服系統的實(shí)現提供了良好的平臺。本文設計了以高性能TMS-320F2812DSP芯片為核心的無(wú)刷直流電機伺服控制系統。

1 伺服控制系統硬件構成及其工作原理
系統硬件框圖如圖1所示。

1．1 控制電路
控制電路是以F2812為核心，另外還包括位置編碼、數據采集、數據通信等功能模塊和部分外圍電路及數據接口，其主要功能是實(shí)現對被控對象位置信息的采集和處理，速度反饋信息的接收和處理，位置、速度的閉環(huán)控制。F2812片內具有12位的AD轉換器，但為提高伺服系統運動(dòng)的精度，在DSP外圍擴展了兩片6路16位的AD轉換芯片，用來(lái)采集反饋信號以及輸入的運動(dòng)指令信號。
系統設計同時(shí)采用DSP和CPLD以提高電路的可行性。DSP所起到的作用主要是根據反饋的位置，速度信號，結合電機的運動(dòng)方向和運動(dòng)速度，利用F2812片上的電機控制專(zhuān)用外設EVA，通過(guò)數字I／O口輸出1路與電機運動(dòng)相對應的PWM波。CPLD根據輸入的PWM信號，控制信號和數字信號組成的換相時(shí)序信息輸出對應大小和對應時(shí)序的相電壓，從而驅動(dòng)電機做相應的運動(dòng)。
1．2 信號采集以及調理電路
該電路對各種傳感器信號及電流電壓信號進(jìn)行采集并處理。包括采樣的電流電壓反饋信號，給定的控制信號等模擬量信號，以及霍爾傳感器的輸出等開(kāi)關(guān)量信號，經(jīng)調理電路處理后，使其幅值及電平可以滿(mǎn)足DSP控制器的要求。
本系統使用AD7656對采集來(lái)的模擬信號進(jìn)行模數轉換。F2812的GPIOA0口與74ACl6373的使能端相連，用于使能鎖存器，GPIOAl與CONVSTX相連，用來(lái)啟動(dòng)6路A／D的同時(shí)轉換。GPIOA2連接BUSY信號，AD7656轉換結束后，BUSY信號變低，DSP以查詢(xún)方式接收AD數據。74ACl6373用于鎖存AD轉換后的16位數據，74LSl38用于將DSP地址線(xiàn)譯碼與AD7656的片選信號相連。