双余度无刷直流电机控制系统探究

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1、双余度无刷直流电机控制系统探究摘要：在复杂工况条件下，由于维修不便，对无刷直流电机的可靠性要求较高。双余度无刷直流电机则能较好的解决此问题。本文设计了基于DSP的双余度无刷直流电动机驱动控制系统，详细介绍了系统DSP控制器的硬件电路设计，实现对电动机的位置、速度和电流的检测，给出了系统软件设计方案及控制策略，从而实现对整个系统的控制。结果表明,该控制系统，硬件电路结构简单，系统实时性好，响应快，具有良好的控制性能及动态特性。关键词：双余度无刷直流电机控制系统DSP中图分类号:TM33文献标识码：A文章编号:1007-9416(2012)11-0029-031、引言无刷直流电机是电

2、力电子技术、传感器技术和永磁材料技术结合的产物，高性能永磁体的采用简化了电机结构，提高了电机的功率密度，电子换向线路取代机械换向线路提高了电机的可靠性和易维护程度，同时电机的转速升高不再受机械换向的影响［1］。是国内外公认的新一代航空、航天电机的重要发展方向，其驱动和控制技术的研究被广泛研究⑵。余度技术是提高系统可靠性和安全性的一种手段，在故障出现时仍能完成系统任务［3］。这在航空航天、井下矿用等工作环境中，不能或者很难维修的情况下，双余度无刷直流电机对于提高工作的可靠性就起到很大的作用［4］。本文依据双余度无刷直流电机的特点，设计了一种双余度无刷直流电机的控制系统。该系统有效的

3、解决了两套余度同时工作的问题，测试结果表明，该系统具有良好的控制性能和动态性能。2、控制系统结构控制器的核心为DSP芯片，它完成霍尔信号边沿跳变的捕获，换向逻辑的计算，功率管脉宽调制信号的输出，电压电流传感器输出模拟信号的AD转换。上位机与主控芯片DSP之间通过RS232总线进行通信，实现系统的监测和控制指令的传输。系统结构框图如图1所示。3、系统硬件设计3.1主控芯片本控制系统的核心部件是DSPTMS320F28335,具有高性能外设的32位浮点型微处理器。它集成了浮点单元简化了开发过程并将控制应用的速度平均提高50%o28335是目前广泛使用的2812的换代产品［5］。3.2

4、系统电源设计系统要求一路270V直流供电，需要对控制系统各部分进行电源转换。除3.3V转1.9V的电源芯片外，其它芯片都为DC/DC模块。270V转24V电路原理图如图2所示。3.3DSP电源和时钟图3为DSP电源电路原理图。电源包括内核电源、10引脚电源和FLASH电源。采用TPS76801Q将3.3V转换成1.9V。外部晶振产生30M的时钟,接入外部时钟输入引脚XCLKINo引脚XI接地。3.4I/O电路输入信号包括按钮开关、霍尔信号，输出信号为PWM和故障指示信号。10电路如图4所示。SI、S2、S3为开关信号，分别控制A余度启停、B余度启停和正反转信号。为复位信号。输出P

5、WM1〜PWM6控制电机A余度，PWM7〜PWM12控制电机B余度。ECAP1〜ECAP3为A余度霍尔位置信号,ECAP4〜ECAP6为B余度霍尔位置信号。D1〜D7为系统指示灯，可用于指示系统的运行情况。3.5驱动电路驱动电路采用三相桥专用的集成驱动芯片IR2130。门极驱动供电压为10〜20V。A余度的驱动电路的原理图如图5所示。3.6电流检测电路为了能够使用电流分析法进行电机故障识别，需要设计高精度的电流检测电路电流检测电路如图6所示，分别为相电流检测和线电流检测电路。3、7A/D转换电路DSP的AD模块为12位，可以对模拟信号快速进行多路AD转换。进行AD转换的信号有模拟

6、的转速给定信号，母线电压信号和线电流、相电流信号。AD转换的原理图如图7所不O4、系统软件设计主程序声明和初始化系统变量，声明中断服务程序和需要调用的子函数。主程序程序流程图如图8所示。声明变量和函数，并将中断服务程序与中断向量表联系，使能中断，初始化外设模块。系统初始化完成后，主程序查询标志位的改变，执行相应的操作。标志位的改变通过按键输入、SCI接收数据以及程序自身的运行实现。5、实验结果对由TMS320F28335DSP芯片构成的双余度无刷直流电动机控制系统进行了试验，试验对象为一台双余度无刷直流电动机，额定转速2000r/min,额定电压270V,4对极。其空载双余度开环

7、电流如图9所示。在带0.4N/m的负载时，其电流波形如图10所示。两个余度的空载和负载电流波形显示，两余度的电流形状和幅值一致性好。6、结论采用TMS320F28335DSP芯片设计了双余度永磁无刷直流电动机控制系统，该系统控制电路结构简单，易于调试和工程实现。实验证明该系统实时性好，响应快，具有良好的控制性能及动态特性。同时该系统还具有体积小、重量轻，可靠性高等优点，非常适合于防爆、防腐、航空、航天等可靠性要求高的特殊场合。参考文献[1]LawlerJS,BaileyJM,Mc