高精度無(wú)刷直流電機伺服控制系統的設計與仿真

摘要：為提高伺服系統中無(wú)刷直流電機的控制效果，設計了以DSP為核心的無(wú)刷直流電機控制系統方案。本控制系統的主要優(yōu)勢在于利用數字信號處理器的高速實(shí)時(shí)運算處理功能，易于實(shí)現各種高效的控制算法，很好地解決了伺服系統中PWM信號的生成、電動(dòng)機速度反饋和電流反饋等問(wèn)題。并結合模糊控制算法進(jìn)行了仿真研究，達到無(wú)刷直流電機的高精度伺服控制的目的。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機；DSP；PWM控制；Sinmulink仿真

在伺服傳動(dòng)系統中，無(wú)刷直流電動(dòng)機(BLDCM)是一種新型的無(wú)級變速電動(dòng)機，其結構簡(jiǎn)單可靠、維護方便、運行效率高及慣量小和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于伺服控制精密數控機床、加工中心、機器人等領(lǐng)域。隨著(zhù)BLDCM應用領(lǐng)域的推廣，對系統的動(dòng)靜態(tài)性能、魯捧性、控制精度等要求越來(lái)越高。
本文以三相四極無(wú)刷直流電動(dòng)機為研究對象，結合PID控制和模糊控制各自的優(yōu)勢，設計了一套基于TI公司的C2000系列TMS320F2812 DSP為核心的全數字永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機的閉環(huán)調速系統，以期滿(mǎn)足BLDCM伺服控制系統的高精度、快速性、穩定性和魯捧性的要求。

1 總體方案設計
系統沒(méi)計采用三相四極無(wú)刷直流電動(dòng)機PWM控制方案，逆變橋的通電方式采用兩兩導通方式該系統主要由三相四極無(wú)刷直流電動(dòng)機、控制器、電子開(kāi)關(guān)電路和化置檢測器四部分組成。其結構框圖如圖1所示。

功率驅動(dòng)方式采用三相Y型全橋驅動(dòng)電路，如圖2所示。本系統實(shí)現的關(guān)鍵就是通過(guò)位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)結構最終實(shí)現位置的伺服控制。從閉環(huán)結構上看，位置環(huán)在最外面，是本系統的主環(huán)，電流調節環(huán)和速度調節環(huán)在里面，兩者都是為位置環(huán)而服務(wù)，電流調節器和速度調節器采用PI調節器，位置調節器采用PID調節器，以TMS320F2812微控制器為控制核心，以功率MOSFET管構成逆變器。通過(guò)改變逆變器開(kāi)關(guān)器件的PWM占空比來(lái)改變電機電楸端電壓，以實(shí)現電機轉速的調節。

2 硬件設計
圖3給出了基于TMS320F2812 DSP的無(wú)刷直流電機控制系統硬件結構框圖。