基于DSP的無刷直流電機伺服系統(tǒng)設(shè)計

摘要：設(shè)計了以TMS320F2812DSP芯片為核心的無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)。采用電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)三閉環(huán)控制，對位置環(huán)采用積分分離的PID算法，以減小電機在運行過程中積分校正對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減輕DSP負(fù)擔(dān)，電流環(huán)采用模擬方法實現(xiàn)。實際應(yīng)用表明該系統(tǒng)具有精度高，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；TMS320F2812DSP；三閉環(huán)控制；PID算法

O 引言
無刷直流電機(簡稱BLDCM)是一種用電子換向器取代機械電刷和機械換向器的新型直流電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性好，效率高等優(yōu)點，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。TMS320F2812數(shù)字信號處理器是TI公司最新推出的32位定點DSP控制器，器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，具有靈活可靠的控制和通信模塊，完全可以實現(xiàn)電機系統(tǒng)的控制和通信功能，為電機伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了良好的平臺。本文設(shè)計了以高性能TMS-320F2812DSP芯片為核心的無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)。

1 伺服控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成及其工作原理
系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

1．1 控制電路
控制電路是以F2812為核心，另外還包括位置編碼、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信等功能模塊和部分外圍電路及數(shù)據(jù)接口，其主要功能是實現(xiàn)對被控對象位置信息的采集和處理，速度反饋信息的接收和處理，位置、速度的閉環(huán)控制。F2812片內(nèi)具有12位的AD轉(zhuǎn)換器，但為提高伺服系統(tǒng)運動的精度，在DSP外圍擴展了兩片6路16位的AD轉(zhuǎn)換芯片，用來采集反饋信號以及輸入的運動指令信號。
系統(tǒng)設(shè)計同時采用DSP和CPLD以提高電路的可行性。DSP所起到的作用主要是根據(jù)反饋的位置，速度信號，結(jié)合電機的運動方向和運動速度，利用F2812片上的電機控制專用外設(shè)EVA，通過數(shù)字I／O口輸出1路與電機運動相對應(yīng)的PWM波。CPLD根據(jù)輸入的PWM信號，控制信號和數(shù)字信號組成的換相時序信息輸出對應(yīng)大小和對應(yīng)時序的相電壓，從而驅(qū)動電機做相應(yīng)的運動。
1．2 信號采集以及調(diào)理電路
該電路對各種傳感器信號及電流電壓信號進(jìn)行采集并處理。包括采樣的電流電壓反饋信號，給定的控制信號等模擬量信號，以及霍爾傳感器的輸出等開關(guān)量信號，經(jīng)調(diào)理電路處理后，使其幅值及電平可以滿足DSP控制器的要求。
本系統(tǒng)使用AD7656對采集來的模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。F2812的GPIOA0口與74ACl6373的使能端相連，用于使能鎖存器，GPIOAl與CONVSTX相連，用來啟動6路A／D的同時轉(zhuǎn)換。GPIOA2連接BUSY信號，AD7656轉(zhuǎn)換結(jié)束后，BUSY信號變低，DSP以查詢方式接收AD數(shù)據(jù)。74ACl6373用于鎖存AD轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)據(jù)，74LSl38用于將DSP地址線譯碼與AD7656的片選信號相連。