基于ARM和DSP的无刷直流电动机网络控制调速系统.pdf

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1、万方数据第34卷第3期2008年3月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVd．34No．3Mar．2008基于ARM和DSP的无刷直流电动机网络控制调速系统王雷，蒋静坪(浙江大学电气工程学院。杭州310027)摘要：为了提高无刷直流电动机调速系统的性能并实现网络控制，基于TI公司的DSP控制器——TMS320F240设计了一套无刷直流电动机调速系统，并采用Fuzzy-Pl复合控制策略完成了对无刷直流电动机的实时控制；基于SAMSUNG公司的ARM嵌入式网络控制器——S3C4510B设计了一套嵌入式网络服务器。并以

2、连入网络的PC机为客户控制端，实现对无刷直流电动机的网络控制．研制的实验系统实现了控制功能，验证了·设计的有效性和可行性．关键词：无刷直流电动机；数字信号处理器；模糊控制；嵌入式系统；网络控制中图分类号：TM383文献标识码：A文章编号：0254—0037(2008)03—0271一06无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等特点，在当今国民经济各个领域获得广泛的应用．传统的无刷直流电动机的控制电路多采用单片机系统．由于单片机本身处理速度慢、指令功能不强等缺陷，无法满足高性能系统的要求【11．

3、本文采用美国德州仪器(TI)公司设计的DSP控制器——TMs320F240作为主控芯片，设计了一套无刷直流电动机调速系统，并针对常规PI控制和模糊控制(Fuzzy)的不足，采用了Fuzzy—PI复合控制策略，从而有效地提高了调速系统的性能．以PC为网络服务器的系统价格昂贵、功耗高、体积大、抗扰性差，本文采用SAMSUNG公司的ARM嵌入式系统控制器——S3C4510B作为主控芯片设计了一套嵌入式网络服务器，实现了对无刷直流电动机调速系统的网络控制，从而为无刷直流电动机的网络控制提供了一种新型的、低功耗的、低成本的、小体积的、实时性好的电机网络控制方案．1基于DSP的无

4、刷直流电动机调速系统的设计基于ARM和DSP的无刷直流电动机网络控制调速系统的结构如图1所示．转子位置检测装置向DSP系统控制板输出3路转子位置信号，光电编码盘向DSP系统控制板输出用于测速的2路正交光电编码脉冲信号．DSP系统控制板和IPM(intelligentpowermodule，记为IPM)功率变换板主要完成无刷直流电动机的实时控制功能．ARM嵌入式网络服务器板一边通过局域网与PC客户机控制端相连．另一边通过Rs232串行通信与DSP系统控制板相连，从而实现对无刷直流电动机的网络控制．嗣1爝无刷直流电动机DSP系统L．—_J转子位茸检测控制板II和光电编码盘

5、ARM嵌入式网络服务器板局域网图l网络控制调速系统的结构框图Fig．1Blockdiagramofnetworkcontroldrivesystem收稿日期：2006．12—18．基金项目：浙江省科技计划基金资助项目(2004C31084)；教育部博士点基金资助项目(20030335002)．作者简介：王雷(1967一)，男，河北石家庄人，博士生，副教授．万方数据北京工业大学学报2008年1．1DSP系统控制板的硬件设计以TMS320F240为核心器件设计的DSP系统控制板的硬件结构如图2所示．10M有源晶振

6、l复位电路

7、

8、JTAG接口转子位置信号74LS06光电编码

9、脉冲信号TM$320F240}叫8279键盘接口llLED接口功率变换板H74LSl4IlMAX232H串行接口COM图2DSP系统控制板的硬件结构FM．2HardwareblockdiagramofDSPsystemcontrol’H起动限流电阻滤波U——矿——W屯●‘电压比较器==了1PM31POCMSJ060I．，叫能裂动INL鲜LDSP系统控制板接口图3IPM功率变换板的硬件结构Fig．3Hardwareblockdia鲫ofIPMpowerconverterboard在这块线路板中。选用10MHz的有源晶振，经TMS320F240片内的PLL电路倍频后，系统

10、时钟的频率为20MHz．TMS320F240经过缓冲电路与液晶显示器(LcD)相接，LCD是由HD44780为显示驱动芯片的2行16列的字符式LCD．键盘和LED显示驱动芯片8279经过译码和驱动电路与键盘和LED显示器相接．由光电式位置传感器产生的转子位置信号经过74LS06的驱动和整形与TMS320F240的CAP(捕获)引脚相连．用于测速的正交光电编码脉冲信号与TMS320F240的QEP(正交编码)引脚相连．TMS320F240中经计算产生的用于控制IPM中6个IGBT管子导通的PWM信号经过74LSl4的驱动和整形与IPM功率变换板接口相连