永磁无刷直流电机数字控制系统设计与dsp实现

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1、学兔兔www.xuetutu.com务l匐似永磁无刷直流电机数字控制系统设计与DSP实现DesignofpermanentmagnetbrushlessDCmotordigitalcontrolsystemandrealizationonDSP雷金莉，窦满峰，张振华LEIJin．1i，DOUMan．feng，ZHANGZhen—hua(西北工业大学自动化学院，西安710072)摘要：为了提高永磁无刷直流电机的控制性能，设计了DSP的永磁无刷直流电机双闭环数字控制系统，详细论述了系统的硬件电路和软件设计，并进行了仿真

2、和实验验证。实验结果表明，基于DSP的永磁无刷直流电机控制系统硬件和软件设计合理、可靠性高、控制精度高、超调小、具有自适应能力。关键词：永磁无刷直流电机；DSP；模糊控制；PI控制中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009—0134(2013)Ol(下)一0018-03Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2013．01(下)．060引言参数，鲁棒性差，在实际的电机控制过程中，难以取得理想的控制效果。而模糊控制不依赖控制随着电子技术、功率半导体技术和高性能磁对象的模型、动态响应好、鲁

3、棒性强，但控制精性材料制造技术的飞速发展，永磁无刷直流电动度不高。因此，本文针对永磁无刷直流电机，机(简写为PMBLDCM)以其结构简单、运行可结合模糊控制和PI控制的优点，设计了以TI公司靠、维护方便、调速性能好、效率高、轻量化程TMS32OF2808DSP为核心处理器的转速和电流双度高等一系列优点，迅速的发展起来，并在航空闭环控制系统，以期满足PMBLDCM调速系统的航天、电子设备、家电、汽车、数控机床、机器高精度、快速性、稳定性和鲁棒性的要求。人及医疗设备等多个领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机控制系统一

4、般由电机本1PMBLDCM控制系统总体方案设计体、控制器和驱动器三部分组成，控制器是永磁1．1控制系统结构无刷直流电机正常运行及实现调速功能的核心。永磁无刷直流电机的基本构成包括电机本体、目前，永磁无刷直流电机的控制器大致有三种实控制器和转子位置传感器三部分，其控制系统硬件现方式：1)专用集成电路控制芯片；2)单片电路以DSP为控制核心，由CPLD逻辑综合电路、机；3)数字信号处理器DSP。利用专用集成电路驱动电路、功率逆变电路、信号检测电路和反馈电控制芯片的电机控制系统电路简单和成本低廉，路等组成，系统硬件结构框

5、图如图l所示。但系统功能不能进一步扩展，限制了专用集成电路控制芯片在一些场合的应用；以单片机为核心处理器的电机控制系统，系统功能可以编程实现，但外围电路复杂，计算速度慢，高性能控制算法难以实现；DSP数据运算速度高、存储量大、数字输入输出口多、具有逻辑控制和各种中断处理功能及PWM输出，可以实现复杂的控制算法，因此，DSP成为电机控制器的首选u。图1控制系统硬件结构框图通常直流电机调速系统采用传统的PID控制，1．2工作原理这种控制算法简单、控制精度高、稳定性好、易永磁无刷直流电机控制系统采用转速、电于实现，但PI

6、D控制算法过于依赖控制对象的模型收稿日期：2012—09—29作者简介：雷金莉(1979一)，女，讲师，博士研究生，研究方向为无刷直流电机及其控制。【18】第35卷第1期2013—01(下)学兔兔www.xuetutu.com务I造訇化流双闭环数字串级控制，速度环采用模糊PI控制动桥式逆变电路的4个功率开关器件，且对同一桥算法，电流环采用PI控制算法。电机启动后，首臂上下2个功率器件的门极驱动信号产生2Its互锁先，DSP根据霍尔位置检测电路检测到的电动机转延时，避免上下桥臂直通，使整个驱动电路设计子位置信号，计算

7、出电机当前转速，与给定转速更加简化可靠。为防止电机驱动部分瞬间过流、比较，得到转速误差信号，经过模糊PI控制器调过压对DSP造成损坏，在DSP的PWM输出与节以后，得到相应的电流参考信号；该电流参考IR2130的6路输入端口之间采用高速光耦进行了隔信号与电流检测电路测得的电流信号进行比较，离。功率逆变器采用MOSFET管IRF840A组成三相其偏差经电流PI控制器调节后形成PWM占空比的逆变桥，根据驱动电路放大的PWM信号，输出永控制量，实现电动机的速度控制；DSP输出的6路磁无刷直流电机的电压信号。PWM信号经驱

8、动电路放大后，施加到功率逆变电路上，通过控制功率开关管的开通关断顺序和时间，改变电机定子绕组中的电流大小和绕组的导通顺序，从而实现电机转速和输出转矩的控制。2系统硬件设计永磁无刷直流电机控制系统硬件电路主要包括DSP及其外围电路、驱动及逆变电路、电机本体及检测电路等。2．1DSP及其外围电路DSP及其外围电路是整个电机控制系统的核图2DSP及其外围电路框图心