基于DSP無刷電動機控制系統(tǒng)設(shè)計

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
無刷電動機屬于一種自控同步電動機，它主要由DSP電機專用高速處理器芯片、轉(zhuǎn)子位置傳感器、邏輯驅(qū)動電路、功率電子開關(guān)、電流和電壓檢測等裝置組成。DSP控制的無刷電動機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，無刷電動機定子繞組為星形接法；DSP控制芯片ADMCF328驅(qū)動專用集成芯片IR2130；逆變橋采用三相橋式電路；轉(zhuǎn)子位置檢測器利用霍爾元件檢測，并利用位置信號估算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

無刷電動機的轉(zhuǎn)子采用永磁體，產(chǎn)生直軸位置的勵磁磁場，定子為電樞繞組，通過功率控制器控制各相繞組的通斷狀態(tài)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)計無刷電動機控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是如果選擇轉(zhuǎn)子位置檢測器，當(dāng)電動機定子電樞系統(tǒng)直接由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)電動機速度降低時，位置檢測器的輸出信號頻率也降低，電樞電流頻率及其旋轉(zhuǎn)磁場的速度也隨之降低，但若使電樞磁場與勵磁磁場的相對位置仍保持不變，則電動機就不會失步。同時，由無刷電動機調(diào)速特性可知，調(diào)節(jié)直流電壓Ud的大小，可以改變電動機的轉(zhuǎn)速性能，這與有刷直流電動機有相似的機械特性。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 控制系統(tǒng)設(shè)計
電動機控制系統(tǒng)采用速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，兩個反饋環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器都采用PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，如圖2所示。計算電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的是為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計算出電樞電流的指令值。在直流母線上采集電流調(diào)節(jié)器的采樣信號，采樣信號與前端值比較計算后輸出給PWM同步調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的計算除了調(diào)節(jié)器設(shè)定的PID參數(shù)KP，kI和kD外，還要設(shè)定PWM周期參數(shù)等。

2．2 DSP控制板
DSP控制板由ADI公司生產(chǎn)的專用DSP芯片ADMCF328、硬件控制與恢復(fù)電路等組成。ADM-CF、328芯片具有強大、快速的處理能力，主要完成控制算法的處理、PWM輸出、模／數(shù)轉(zhuǎn)換、與上位機通信和輸出顯示等功能。
該芯片只有28個外部引腳，縮小了控制板尺寸，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且具有價格低等優(yōu)點。芯片的內(nèi)部集成了一個具有反向功能的5倍放大器，用于精確的電流采樣，實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。芯片與IR2130驅(qū)動電路、轉(zhuǎn)子位置檢測器、鍵盤和計算機等外設(shè)備連接，可實現(xiàn)無刷電動機的實時控制和運行監(jiān)視。