高精度無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)的設計與仿真

摘要：為提高伺服系統(tǒng)中無刷直流電機的控制效果，設計了以DSP為核心的無刷直流電機控制系統(tǒng)方案。本控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于利用數(shù)字信號處理器的高速實時運算處理功能，易于實現(xiàn)各種高效的控制算法，很好地解決了伺服系統(tǒng)中PWM信號的生成、電動機速度反饋和電流反饋等問題。并結合模糊控制算法進行了仿真研究，達到無刷直流電機的高精度伺服控制的目的。
關鍵詞：無刷直流電機；DSP；PWM控制；Sinmulink仿真

在伺服傳動系統(tǒng)中，無刷直流電動機(BLDCM)是一種新型的無級變速電動機，其結構簡單可靠、維護方便、運行效率高及慣量小和控制精度高等優(yōu)點，廣泛應用于伺服控制精密數(shù)控機床、加工中心、機器人等領域。隨著BLDCM應用領域的推廣，對系統(tǒng)的動靜態(tài)性能、魯捧性、控制精度等要求越來越高。
本文以三相四極無刷直流電動機為研究對象，結合PID控制和模糊控制各自的優(yōu)勢，設計了一套基于TI公司的C2000系列TMS320F2812 DSP為核心的全數(shù)字永磁無刷直流電動機的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，以期滿足BLDCM伺服控制系統(tǒng)的高精度、快速性、穩(wěn)定性和魯捧性的要求。

1 總體方案設計
系統(tǒng)沒計采用三相四極無刷直流電動機PWM控制方案，逆變橋的通電方式采用兩兩導通方式該系統(tǒng)主要由三相四極無刷直流電動機、控制器、電子開關電路和化置檢測器四部分組成。其結構框圖如圖1所示。

功率驅動方式采用三相Y型全橋驅動電路，如圖2所示。本系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵就是通過位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)三閉環(huán)結構最終實現(xiàn)位置的伺服控制。從閉環(huán)結構上看，位置環(huán)在最外面，是本系統(tǒng)的主環(huán)，電流調(diào)節(jié)環(huán)和速度調(diào)節(jié)環(huán)在里面，兩者都是為位置環(huán)而服務，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，位置調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器，以TMS320F2812微控制器為控制核心，以功率MOSFET管構成逆變器。通過改變逆變器開關器件的PWM占空比來改變電機電楸端電壓，以實現(xiàn)電機轉速的調(diào)節(jié)。

2 硬件設計
圖3給出了基于TMS320F2812 DSP的無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件結構框圖。