dsp应用于无传感器的直流无刷电机的控制

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1、爹婶瑚万方数据DSP用于无传感器的直流无刷电机的控制曹宏伟-，邓泽生z，邬伟杨。(1．河北汇能电力电子有限公司，石家庄050000；2燕山欠学，秦皇岛066004)摘要：介绍了由数字信号处理器(DsP)TMs320c240组成的电机控制系统的结构、特点，描述了无位置传感器的直流无刷电机(BLDcmotor)的控制方案和逆变器的硬件电路，给出了控制算法、软件结构和试验结果。关键词：直流无刷电机；反电动势：数字信号处理器；逆变器；位置传感器中图分类号：TN492文献标识码：B文章编号：1003—353X(20叭)05．0034．051前言传统上把具有梯形波反电势的永磁同步电机称为直流

2、无刷电机¨-“。直流无刷电机以其结构简单，无机械磨损，高效和低的电磁干扰等突出的优点日益得到广泛的应用。但是，传统的无刷电机都需要一套复杂的位置传感器，这对电机的可靠性、制造工艺要求和电机的尺寸都带来不利的影响。因此，使用无位置传感器的直流无刷电机成为目前的发展趋势。为了实现无位置传感器的直流无刷电机的控制，一般采用直接检测电机绕组中的梯形波反电势来确定转子的位置。要做到精确的控制需要相当复杂快速的运算，～般的微处理器做不到这一点。但是，数字信号处理器以其强大运算功能使这种控制方式成为现实。TMS320c24x系列是美国TI公司专门为电机控制设计的专用芯片。它包括一个定点的DsP

3、芯核和专用的外围控制电路。此芯片能对包括无位置传感器的无刷电机在内的多种电机进行完善的控制。减少力矩波动和谐波，在很宽的调速范围内具有良好的机械特性。2THS320C240芯片简介TMs320C240是TI公司专为电机控制设计的基于20MIPs的定点DSP芯核的单片控制器，其指令兼容TMs320c2xx系列，向上兼容TMs320c5x系列，具有良好的可移植性。它采用34半导体枝采第26誊带5期哈佛结构，独立的读写数据总线和地址总线，支持并行的程序和数据操作数寻址，50ns的指令周期，单周期的乘加指令，可进行许多复杂的运算。其结构如图lI3j。2．1事件管理器事件管理器包括多达12

4、路的PwM脉冲单元，全比较单元输出的6路死区时间可编程的PwM脉冲，可作为交流感应电机或直流无刷电机的三相功率放大器的输入信号，还可以控制开关磁阻电机和永磁同步电机。而比较单元的3路PwM脉冲和定时器比较单元的3路PwM脉冲可用于功率因数校正和谐波抑制等。此外事件管理器还包括定时器、捕获，比较单元、死区控制逻辑、空间矢量PwM发生器和编码单元。2．2片内外设TMS320C240的片内外设包括两路A，D转换、两个串口、看门狗定时器和实时中断定时器。两个带采样保持的8路lO位川D转换器可用于处理反馈速度、位置、电压、电流等模拟信号。异步和同步的串行通讯接口可与cPu或其它微控制器连接

5、。另外它还有28个可编程的I，O口。DsP因其强大的运算功能，对直流无刷电机可进行无传感器控制，减少系统元器件的数量，降低成本，其优势很多：·可运行高品质的控制算法，减少力矩波动，从而降低振动和噪声；二oo一丰五井煳万方数据圈lTMs320c240芯片的结构·减少谐波干扰，从而降低滤波电路的成本；·可运行无传感器的算法，省去速度和位置传感器；·可执行神经网络和模糊逻辑控制，用于控制多变量和复杂的系统。3直流无尉电机的控制3．1控制方案解决直流无刷电机的有效力矩和速度控制的关键是力矩和反电动势(BackEMF)的关系问题。这个关系类似于Dc电机的反电动势等式。直流无刷电机的反电动势

6、大小可表示为如下等式【1jE=12NrB∞力矩等式⋯可表示为：7-：f!iz些1一仁且z塑1+f竺口订。门l2do¨2d8Jl口J式中Ⅳ是每相线圈圈数；，是转子的长度；r是转子内半径，占是转子的磁场密度，∞是电机的角速度，i是相电流，L是相电感，日是转予位置，胄是相电阻。力矩表达式中前两项是寄生的磁阻转矩因子，第三项产生相互转矩(mutualtorque)，此转矩产生直流无刷电机的有效转矩。总之，反电动势的大小直接正比于电机的转速，力矩的大小几乎直接正比于相电流。由以上相对比较简单的关系，我们确定以下的直流无刷电机的控制方案，如图2。圈2BLDc电机速度和电流控制环路踟mrcon

7、duacor豫曲n叫。∞70W．26肋占j5黔蝴万方数据在这种控制方案中．某一时刻，电机的三相中只有两相通过电流，从而产生力矩，在反电动势过零点则不产生力矩。这种控制结构具有只需要一个电流传感器、电流传感器可使用低成水的分流电阻且每一时刻只需控制一个电流的优点。这种控制方案有三个控制环路最内部的一个环路获得转子的位置从而正确进行换棍第二个控制环路调节定子磁场的大小，定子磁场的大小正比于流过定子线圈的电流，控制定子线圈的电流即可控制定子磁场的大小最外部的环路是速度控制环路。32无位