TMS320C2812在無(wú)刷直流電動(dòng)機控制中的應用

摘 要：介紹基于TMS320C2812型定點(diǎn)DSP(數字信號處理器)設計的無(wú)刷直流電動(dòng)機控制器，詳細闡述利用這種DSP產(chǎn)生控制信號的原理和方法，并將理論控制信號與試驗得到的控制信號加以比較．最終驗證了此控制器設計的可行性。
關(guān)鍵詞：DSP：PWM控制；無(wú)刷直流電動(dòng)機；應用；TMS320C2812

1引 言
近年來(lái)，由于新型稀土永磁材料的出現，采用電子換向裝置的的稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機在航空、航天和電氣傳動(dòng)等方面的應用日益廣泛。在高精度電機控制系咎中，采用無(wú)刷直流電動(dòng)機作為驅動(dòng)裝置可使其在重量、功率及控制特性方面有很大的改善。TI公司新推出的TMS320C2812是定點(diǎn)DSP數字信號處理器，作為電機控制系列專(zhuān)用高端產(chǎn)品，在實(shí)現電機控制中能充分利用其高精度處理器的優(yōu)勢，更好地發(fā)揮無(wú)刷直流電動(dòng)機良好的控制特性。本文主要介紹利用這種型號的DSP實(shí)現對無(wú)刷直流電動(dòng)機控制的過(guò)程及達到的效果。

2 基本結構及應用
2．1 TMS320C2812的基本結構
TMS320C2812型DSP是TI公司C2000系列電機控制專(zhuān)用電路的高端產(chǎn)品，是定點(diǎn)32位數字信號處理器，指令周期可達150 MHz．內含128位Flash和兩個(gè)通用事件管理器,可用于捕獲位置脈沖和編碼脈沖，產(chǎn)生脈寬調制輸出信號：還有16通道12位高精度MD轉換模塊，并可拓展外部存儲器。這種DSP可以滿(mǎn)足各類(lèi)復雜電機的控制。

2．2 PWM控制信號的產(chǎn)生
根據無(wú)刷直流電機的控制需要．由DSP產(chǎn)生PWM控制信號。下面以單路PWM信號的產(chǎn)生過(guò)程為例，如圖1所示，DSP事件管理器A中的定時(shí)器l作為產(chǎn)生PWM信號的時(shí)基，通過(guò)控制寄存器T1CON和給定定時(shí)周期TlPR設置時(shí)鐘周期．定時(shí)器計數模式為連續增減模式；通過(guò)寄存器(COM-CONA)設置比較單元的各個(gè)參數,產(chǎn)生出對稱(chēng)的三角波信號，在寄存器CMPRl和ACTRl中分別設置閾值和比較輸出方式，設定的閾值實(shí)時(shí)與三角波信號比較，得到相應占空比的PWM信號。

圖2所示是PWM比較產(chǎn)生的原理,如圖所示．ACTRl設置為高電平有效，即在寄存器CMPRl中設置閾值小于三角波的值時(shí)輸出為無(wú)效的低電平。當閾值大于三角波的值時(shí)，輸出為有效的高電平。

理想的無(wú)刷直流電動(dòng)機的感應電動(dòng)勢的計算公式是：
E=3/3πpβLrω (1)
式中：NP是通電導體數；β是永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通密度；L是轉子鐵心長(cháng)度：r是轉子半徑：ω是轉子的機械角速度。

由式(1)可以看出，感應電動(dòng)勢與轉子的轉速成正比。感應電動(dòng)勢E與直流電源電壓U的關(guān)系為：
E=dU
式中：d為控制信號有效電平的占空比。直流電源電壓恒定，可推導出轉子轉速與占空比d成正比，因此可以通過(guò)調整d的大小即調整PWM信號有效電平的寬度達到控制轉速的目的。

由DSP產(chǎn)生的PWM信號根據相應寄存器設置，由于定時(shí)器1采用連續增減計數模式．故有效電平的占空比d的表達式為
d=(2T1PR-2CMPRl)／2T1PR (3)
結合式(1)和(2)，在程序設計上，可以改變CMPRl的值來(lái)控制電機的轉速。

3 系統及硬件組成
無(wú)刷直流電動(dòng)機控制系統由TMS320C2812型DSP、功率變換電路及執行電機組成，其系統結構框圖如圖3所示。

3．1 執行電機與轉子位置傳感器
系統中采用的是四通電機公司無(wú)刷直流電動(dòng)機系列中的永磁方波電機，電機集成了霍爾傳感器作為轉子的位置傳感器，實(shí)時(shí)檢測電機轉子相對定子繞組的位置。實(shí)時(shí)輸出3路位置脈沖信號HU．HV，HW，根據3路信號的不同組合。共有6個(gè)狀態(tài)．循環(huán)5次，在電機旋轉360的過(guò)程中，共有30個(gè)狀態(tài)可以用來(lái)精確判斷當前轉子所在的位置．為實(shí)現DSP對電機的控制提供反饋位置和速度信號。

3．2 功率變換電路及驅動(dòng)電路
功率變換電路主要包括整流、濾波、逆變及保護隔離電路。采用三菱公司生產(chǎn)的PSll032型ASIPM智能一體化模塊作為高度集成化的功率模塊，ASIPM內部集成了整流橋、逆變橋及隔離保護電路，便于提高控制效果和減小功率。

3．3 外部隔離和電平轉換電路
系統采用TLP521型光耦電路作為霍爾傳感器和DSP捕捉引腳的接口。對傳感器的位置脈沖信號進(jìn)行濾波和保持；采用HP4504型光耦電路將DSP輸出的3．3 V高電平轉換為ASIPM模塊需要的標準5V高電平。

針對此系統中的Y型聯(lián)結三相繞組電機，根據ASIPM模塊的內部結構．控制電路采用兩兩導通方式。DSP產(chǎn)生的PWM信號的相序如圖4所示。6路PWM控制信號經(jīng)由光耦電路輸入到ASIPM模塊逆變橋的6路開(kāi)關(guān)控制端UP、UN、VP、VN、WP和WN,驅動(dòng)功率模塊帶動(dòng)電機，通過(guò)調整占空比的大小達到控制轉速的目的。

圖5示出經(jīng)過(guò)HP4504型光耦電路前后的波形,左右兩圖分別為不同占空比下測得到的PWM信號波形。其上部波形為DSP輸出的PWM信號，高電平有效,下部波形為經(jīng)光耦后的信號，反相后輸入到ASIPM模塊，低電平有效。通過(guò)程序設定的電機給定轉速為320 rad／s。

4 結束語(yǔ)
試驗波形表明,利用TMS320C2812型DSP構建的無(wú)刷直流電動(dòng)機控制器控制方式簡(jiǎn)單，輸出信號穩定,調速性能良好，可以應用于各種高精度調速系統和位置伺服系統。