基于DSP的無(wú)刷直流電機調速系統

作者：時(shí)間：2008-07-01 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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摘要：本文在詳細介紹了基于DSP（TMS320F2812）和專(zhuān)用控制集成芯片（MC33035）的基礎上,綜合運用了PID算法和濾波算法對無(wú)刷直流電機調速系統進(jìn)行了研究，并給出了該控制系統的實(shí)際硬件電路設計和軟件控制策略。實(shí)驗結果表明,本控制系統運行穩定、控制算法合理、控制精度高,有著(zhù)很強的應用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞:無(wú)刷直流電機,DSP,TMS320F2812,MC33035

引言

無(wú)刷直流電動(dòng)機從上世紀70年代末開(kāi)始引起了從事電機及驅動(dòng)系統學(xué)者的重視。電機的驅動(dòng)控制結構有很多形式，近年來(lái)國外學(xué)者多集中于對直流電機的轉矩波動(dòng)及其控制問(wèn)題上進(jìn)行研究。以單片機為核心組成的數字控制電路調速控制能力強，但只能實(shí)現系統的外環(huán)數字控制，而DSP則可以實(shí)現全數字化的控制。

TMS320C28x系列是TI公司最新推出的32位定點(diǎn)DSP芯片，它既具有數字信號處理能力，又具有強大的時(shí)間管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數據處理的測控場(chǎng)合[1]。

在無(wú)刷直流機速度控制系統中，為使調試者實(shí)時(shí)了解系統的運行信息，需實(shí)時(shí)采集電機轉速、電樞電流等信息，并進(jìn)行數據分析和加工處理[2]?？刂七^(guò)程復雜，控制算法計算量較大，因此本系統選擇了數據處理能力較強的DSP芯片TMS320F2812作為控制核心，再結合MC33035專(zhuān)用控制集成芯片，設計并制作了一個(gè)無(wú)刷直流電機調速器。

1 系統結構

本系統針對的是高速無(wú)刷直流電機，原則上本系統對電機轉速的上限沒(méi)有限定，實(shí)驗時(shí)使用的電機最高轉速為5萬(wàn)轉，電機功率為5kw。

系統設計時(shí)為方便用戶(hù)操作設計了通信和JOG（手動(dòng)）兩種模式。通信模式使用戶(hù)在電腦前就可以方便地對電機進(jìn)行操作，設置電機的最高轉速、加速度以及顯示電機當前的實(shí)際轉速等;而在沒(méi)有電腦時(shí)，用戶(hù)也可以通過(guò)JOG模式對電機進(jìn)行鍵盤(pán)操作，用以設定電機的轉速。

資助基金：國家自然科學(xué)基金（70271001）

本系統設計控制的無(wú)刷直流電機采用霍爾元件作為位置反饋機制，從反饋的脈沖信號中獲得位置信息和轉速情況?？刂坪诵腄SP根據采集到的實(shí)際轉速，修正控制轉速，實(shí)現系統對電機轉速的閉環(huán)控制。此外，系統從電機的驅動(dòng)器件IGBT處獲得電流信息。通過(guò)綜合這三個(gè)信息，使得整個(gè)電機調速系統安全、穩定、可靠地工作。

2 系統硬件設計

各部分之間信號線(xiàn)的連接通過(guò)光耦隔離，光耦兩端連接如圖3所示。這里采用的光耦是TLP521，它的隔離電壓是2500V。在本系統中，驅動(dòng)部分的最高電壓是300V，2500V可以保證系統工作的絕對安全。圖3中光耦是按正邏輯連接的，即輸入1，輸出也是1。除TLP521外，在通信線(xiàn)的連接處使用了幾顆高速光耦6N127。

2.1控制部分

控制部分的核心器件是TMS320F2812，制作時(shí)使用了一塊ICETEK-2812-B板（帶有2812的DSP開(kāi)發(fā)板），除帶DSP外，還有一顆電源管理芯片，將外接5V轉為3.3V為系統供電。
2812從電機處采集轉速、電流反饋信號和位置反饋信號，DSP綜合這三個(gè)信號輸出對外的控制信號。從驅動(dòng)部分反饋的過(guò)流信號是一個(gè)0、1信號，DSP在工作時(shí)始終監視這一信號，一旦監視到1，即表示電機過(guò)載，則立即給出一個(gè)讓電機停止轉動(dòng)的信號，以免損壞電機和調速器。

DSP輸出的轉速控制信號是一個(gè)數字量，用D/A將此數字量轉換成電壓量給MC33035用以調速。系統中選用了12位的串行D/A（TLV5616），后加一級放大（LM358），使輸出電壓可根據不同電機的要求進(jìn)行放大。

TMS320F2812與PC間的通信是通過(guò)485總線(xiàn)完成的。在工業(yè)控制中，485總線(xiàn)應用非常普遍，傳輸距離遠而且性能穩定，所以本系統選擇485總線(xiàn)進(jìn)行傳輸。

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