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1、EquipmentManufactringTechnologyNo.4,2008基于DSP的无刷直流伺服电机精确控制策略田小龙,杨晓京,张兆隆,文光伟(昆明理工大学现代农业工程学院,云南昆明650224)摘要:采用TI公司的TMS320F2812DSP实现了一个永磁无刷直流电机运行平稳、定位准确、启动快、转矩波动小、速度控制灵活的控制。此伺服电机控制采用电流、速度、位置闭环直流调速的控制策略,通过PID调节器实现了对电流、速度、位置的调节,实现无刷直流电动机PWM调速的实控制性、高精度以及无极调速,为伺服电机的控制提供了一个理想的解决方案。关键词:DSP;无刷直流电机;PID
2、;PWM中图分类号:TM383.4文献标识码:A文章编号:1672-545X(2008)04-0060-03对永磁无刷直流电机的控制经历了从模拟控制电路到以电压平均值U0为:单片机为核心的数字控制电路的发展过程,但都存在着内在的U=t1US+0t1U=αU(1)0SS缺陷。前者由于模拟器件易老化而且对温度变化敏感;后者虽t1+t2T然克服模拟器件的内在缺陷,但运算速度慢,难以实现现代工α=t1α:占空比(2)T业对电机实时控制的要求。占空比α表示了在一个周期T里,开关管导通的时间与具有较高运算速度的DSP在电机控制的应用是一个新领周期的比值。α的变化范围为0≤α≤1。由此式可
3、知,当电源域。尤其是TMS320LF2812DSP控制器具有运动系统所需要的电压US不变的情况下,电枢绕组两端的电压平均值U0取决于专用外设事件管理器EV,如PWM产生电路等优点,同时它具占空比α的大小,改变α值就可以改变端电压的平均值,从有强大的数字处理特点:40MIP的速度(每秒百万条指令)使而达到调速的目的,这就是PWM调速原理。F2812控制器可以远远超过传统的16位微控制器和微处理器1.2无刷直流伺服电机F2812DSPPWM波形的产生和实现的性能。人们从传统的单片机控制转向现代高速数字信号处理产生一路PWM信号,需要一个合适的定时器来计数时钟DSP芯片的数字化控制
4、系统,通过DSP本身自带的电机控制信号,比较寄存器保存调制值,比较寄存器的值不断与定时器接口功能,结合DSP的高速字控制算法,使直流伺服驱动系统的计数值相比较。当两个值匹配时,在相应的输出上产生跳变具有高精度、响应快、调速范围宽等特点。(由低到高,或由高到低)。当两个值之间发生第二次匹配或达到定时器周期结束时,在相应的输出上发生另外一次跳变。在1无刷直流伺服电机F2812DSP的PWM调速原理这种模式下,将产生一个输出脉冲信号,它的开通(或关断)持续时间与比较寄存器的值成比例。每个PWM周期中比较寄存器1.1无刷直流伺服电机PWM调速原理有不同的值,该过程是重复的,在相应的输
5、出引脚上产生一个调制了的PWM信号[2]。在事件管理模块中,比较单元、通用定时器1(对于EVA模块)或通用定时器3(对于EVB模块)、死区单元以及输出逻辑电路可在两个功率器件的(形成功率转换器的上下桥)控制引脚上产生一对具有可编程死区以及输出极性控制的PWM输出驱动信号。在每个事件管理模块中,有6个这种与比较单元相关的PWM输出引脚,用来控制三相直流无刷电机。图1PWM调速控制原理图和电压波形图图1利用开关管实现无刷直流电动机PWM调速控制的原理图和输入输出电压波形。当开关管MOSFET的栅极输入高电平时,开关管导通,无刷直流电动机电枢绕组两段的电压US。t1时间后,栅极输入
6、低电平,开关管截止,电机电枢两端电压为零。t2时间后,栅极输入重新变为高电平,开关管的动作重复前面的过程。这样,对应着输入的电平高低,直流伺服电机电枢绕组两段端的电压波形如图b所示。电机的电枢绕组两端的图2F2812DSP控制及其驱动电路收稿日期:2008-01-22作者简介:田小龙(1976—),男,河北蔚县人,工学硕士,研究方向:机电控制系统。60《装备制造技术》2008年第4期2.3DSP无刷直流伺服电动机的位置外环控制2无刷直流伺服电机F2812DSP控制策略最终控制执行元件的运动的位置,我们采用随动控制位置该伺服电机控制系统采用三环控制策略。反馈。通过PID位置调实
7、现位置精确的控制。给定Ugp作为位置PID调节器的给定信号,与位置反馈信号Ufp比较后,偏差为ΔU=Ugp-Ufp,送到位置PID调节器进行调节,来实现位置精确的控制。[3]3DSP无刷直流伺服电动机PID和PI调节图3无刷直流伺服电动机的控制2.1无刷直流伺服电动机的电流内环控制在模拟控制系统中,控制器是最常用的,控制规律是PID执行机构处于正反转工作状态,尽量缩短启动、制动和反控制。常规PID控制系统由模拟PID控制器和被控对象组成,转过渡过程的时间,用加大过渡过程的电流即加大动态转矩来原理框图如图
