DSP2407无刷直流电机控制

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1、利用DSP对直流无刷电机的控制一、主要内容：利用DSP实现对无刷直流同步电动机的速度控制，对无刷直流电动机的设计原理进行阐述，实现对电机电流的检测，以及电机位置和速度的检测，再根据检测的结果，进行电流和速度的调节，从而进行无刷直流同步电机的控制。通过本学期查阅相关资料及咨询导师，下文给出了设计的总体方案和具体的实现方法，采用位置传感器采集转子磁极位置，通过DSP对位置传感信号进行译码，计算出电机的当前转速，与电机的设定转速比较后，产生方波脉宽调制信号(PWM)控制电机的转速，根据转速的设定值（DSP

2、经A/D及I/O口采集电机转速的设定值）和起停、正反转、制动命令，控制电机的运转状态，驱动保护电路可完成电机的过载、低电压、驱动时序异常等故障保护。二、无刷直流电机的组成及工作原理2.1无刷直流电机的组成2.1.1电动机本体2.1.2电子换相电路控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以

3、提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT模块、集成门极换流

4、晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。2.1.3转子位置检测电路永磁无刷电动机是一闭环的机电一体化系统，它是通过转子磁极位置信号作为电子开关线路的换相信号，因此，准确检测转子位置，并根据转子位置及时对功率器件进行切换，是无刷直流电动机正常运行的关键。装用位置传感器来作为转子的位置检测装置是最直接有效的方法。一般将位置传感器安装于转子的轴上，实现转子位置的实时检测。最早的位置传感器是磁电式的，既笨重

5、又复杂，已被淘汰；目前磁敏式的霍尔位置传感器广泛应用于无刷直流电动机中，另外还有光电式的位置传感器。2.2电机控制系统总体结构及工作原理本文所采用电机为MAXON公司的EC系列电机，其主要参数如下：额定功率400W、额定电压48V、最大工作电流10.6A、额定转矩688mNm、堵转电流139A、堵转转矩11000mNm、空载电流740mA、空载转速5400rpm、转矩常数85mNm/A、速度常数113rpm/V、机械时间常数4.3ms、最大效率86%、相间电阻0.37Ohm、相间电感0.27mH、转

6、子惯量831gcm2。无刷直流电动机(BLCDM)，它主要由电动机本体，霍尔位置传感器和电子开关路三部分组成。电动机本体主要包括定子和转子两部分，定予绕组分为A、B、C三相，每相相位相差120。，采用星形连接，三相绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接；转子由N、S两极组成，极对数为1。图2.2.1为三相两极无刷直流电机结构。电子丌关线路用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和霍尔位置传感器信号处理单元两部分组成。功率逻辑开关单元将电源功率以一定的逻辑分配关系分

7、配给电机定子上的各相绕组，以便使电机产生持续不断的转矩。霍尔位置检测器的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置信号，进而控制逻辑开关单元的各相绕组导通顺序和时间。图2.3.1三相两极无刷直流电机的结构当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由霍尔位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序与转子转角同步，因而起到了机械换向

8、器的换向作用。电机采用全桥驱动方式，下面介绍电机工作在全桥驱动方式下的工作原理。图2..2是电机全桥驱动方式的电路图，其中Q1,---,Q6为六个功率开关管，它们组成三相桥式逆变器。采用霍尔位置传感器来检测电机的转子位置信号，控制器根据电机的位置信息按一定顺序组合六个功率开关管的导通，这样电机的绕组也就按顺序导通，实现电机的运转。图2.3.2电机全桥驱动方式的电路图这里采用两两通电，三相六状态方式，也就是指每一个瞬间上下桥臂各有两个功率管导通，每隔1／6周期(60º电