基于motorola dspx系列的无传感器开关磁阻电机控制

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1、基于MotorolaDSP5680x系列的无传感器开关磁阻电机控制RadimVisinka引言　　开关磁阻（SR）电机正以其可变速驱动而越来越受欢迎，它具有结构简单、成本低、无磁体和转子线圈的特点，在较大的速度范围内都具有很高的性能，并且它的功率放大器具有容错功能。SR驱动的缺点是需要知道转子位置信息，以便给出每相适合的开关控制状态。　　用无传感器控制技术可以避免使用位置传感器。这些技术通过测算电机电压和电流来确定转子在电机运行时的位置。现在已经发展了多种无传感器算法，本文介绍了带有电机控制专用外设的高性能控制器，读者可以利用它们为工业、仪器和自动化应用设计可靠的无传感器SR驱

2、动。MotorolaDSP中的电机控制系列　　MotorolaDSP56F80x系列是适用于数字电机控制的控制器，它们把DSP的运算功能和MCU的控制特点集中到一块芯片上。这些DSP提供了一些专门的外设，如电机控制脉宽调制单元、12位的A/D转换器、积分定时器、积分解码器、通讯外设（SCI、SPI、CAN）、通用I/O引脚、低电压禁止模块、COP看门狗定时器、JATG/OnCE片上仿真器和FLASH、RAM存储器。这一系列的几个型号，如DSP56F801、DSP56F803、DSP56F805和DSP56F807，分别具有不同的外设和片上存储器配置（FLASH和RAM）。最让人

3、感兴趣的外设除了快速的双路12位A/D转换器外，还有脉宽调制模块。脉宽调制模块可为一个三相反相器产生6个PWM信号。该模块可以由用户进行灵活配置，从而选择一种最高效的电机控制方法。PWM的主要特点包括：中心或边沿对齐的PWM模式；一种模式将六个输出信号配置为互补的三对，其中每对具有一致的变化，另外一种模式把它们作为独立的六个通道；相关操作中的死时间产生和失真纠正；对每个PWM通道的软件控制；具有20mA电流吸收能力的PWM引脚可以进行输出极性控制；故障检测输入可以在检测到系统故障时，快速关断PWM的输出。　　SR电机控制利用了中心对齐的独立工作模式，这使它可以完全独立地产生功放

4、的开关信号。PWM输出可由PWM发生器控制，也可直接被输出软件控制，控制信号可以被置1或清0。在不改变PWM脉宽寄存器的内容的前提下，可以根据电机位置的需要，利用软件控制来改变输出信号的状态。无传感器开关磁阻驱动的系统概念　　本文所介绍的系统是为三相无传感器SR电机驱动而设计的，图1是驱动系统的结构框图。　　系统包含以下部分：-DSP控制器　　-三相SR高压功率放大器-反馈传感器，包括线路直流电压、每相电流、温度等7-三相SR电机-DSP运行应用中的控制算法，控制算法包括：-用磁力线环路测算方法进行无传感器位置探测-速度控制环路-内部电流控制环路-翻转角度计算-启动时的相位阻抗

5、测量-低速时的在线相位阻抗测算（已申报美国专利）-故障保护图1.系统结构框图　　本系统用于驱动一个三相电机。每相的导通角被设为交流电周期的1/3，所以每一相的导通角不会发生重叠。在切换时，当前相位被关闭，同时，沿转子转动方向的下一相位被打开。切换角度的计算是通过目标转速、目标电流和实际的线路直流电压得到的。当达到切换位置时，产生新的PWM控制模式，同时相位发生翻转。由于磁通量测算的精度很大程度上依赖于实际的相位磁阻，所以采用运行中的相位磁阻测算方法。7　　实际的电机转速是由切换情况决定的，通过目标转速和实测转速的比较得到速度偏离，基于这个速度偏离，速度控制器产生目标相电流。当某

6、相发生翻转时，PWM输出一个宽脉冲电压，直到电流达到一个定值时才关断。然后便一直控制输出电压，直到下一个切换的产生。电机的每个切换周期都重复这个过程。最后，根据切换情况和理想的PWM工作周期，来产生PWM控制信号。　　系统保护是应用中的重要部分，在控制过程中，要测量线路的直流电压、直流电流和功率放大器的温度等，它们用于驱动过程中的过电压、低电压、过电流和高温保护，低电压和高温的保护通过软件来实现，而过电压和过电流故障信号通过DSP的故障输入来处理。如果产生上述任意一种故障，电机控制的PWM输出信号将被关闭，以保护驱动系统。　　利用磁力线环路测算进行无传感器位置测算　　磁力线环路

7、测算方法是最常用的无传感器SR位置测算技术。本应用中所使用的就是这种方法，它基于对测算磁力线环路和由切换位置定义的参考磁力线环路的比较。　　对每相的磁力线环路的测算是通过对相电流和相电压的测量来完成的。只有当所给相处于开启状态时，磁力线环路测算才能开始。以采样频率对的同时采样相电流和相电压进行周期性地测量。打开相的磁力线环路用以下公式进行计算：其中：-第N次采样的磁力线环路[Wb]-前一次，即第(N-1)次采样的磁力线环路[Wb]-相电流的采样值[A]-相电压的采样值[V]R-相阻[]T-采