实用文档之基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计

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基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计
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一般工业场合不需要调速的领域以往大多是采用三相或单相交流异步和同步电机。 随着电力电子技术的进步,在功率不大于 10KW 且连续运行的情况下,为了减少体积, 节省材料,提高效率和降低能耗,越来越多的电机正被无刷直流电机逐步取代,这类应 用有:自动门、电梯、水泵、风机等。而在功率较大的场合,由于一次成本和投资较大, 除了永磁电机外还要增加驱动器,因此目前较少有应用。 2.调速驱动机械 速度需要任意设定和调节,但控制精度要求不高的调速系统分为两种:一种是开环 调速系统,另一种是闭环调速系统 (此时的速度反馈器件多采用低分辨率的脉冲编码器 或交、直流测速等) 。通常采用的电机主要有三种:直流电机、交流异步电机和无刷直 流电机。这在包装机械、食品机械、印刷机械、物料输送机械、纺织机械和交通车辆中 有大量应用。 调速应用领域最初用得最多的是直流电机, 随着交流调速技术特别是电力电子技术 和控制技术的发展,交流变频技术获得了广泛应用,变频器和交流电动机迅速渗透到原 来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来,由于无刷直流电机体积小、重量小和 高效节能等一系列优点,中小功率的交流变频系统正逐步被无刷直流电机系统所取代, 特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域,而在一些直接由电池供 电的直流电机应用领域,则更多的由无刷直流电机所取代。 3.精密控制 伺报电动机在工业自动化领域的高精度控制中扮演了一个十分重要的角色, 应用场 合不同,对伺服电动机的控制性能要求也不尽相同,在实际应用中,伺服电动机有各种 不同的控制形式:转矩控制/ 电流控制、速度控制、位置控制。无刷直流电机由于其良 好的控制性能,在高速、高精度定位系统中逐步取代了直流电机与步进电机,成为其首 选的伺服电机之一。目前,扫描仪、摄影机、CD 唱机驱动、医疗诊断 CT、计算机硬盘 驱动及数控车床驱动中等都广泛采用了无刷直流电机伺服系统用于精密控制。 4.其他应用 家用电器、大型同步电机启动等。

基于DSP无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP无刷直流电动机控制系统设计宋连庆;袁世博;韩兴会【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2018(046)003【摘要】Brushless DC motor has the characteristics of simple structure,high efficiency and high energy saving.It is widely used in various fields of economic development. In order to improve the speed control performance of brushless DC motor as a re?quirement,high performance DSP28335 for controlling the core of the motor speed controlsystem.Based on the principle of brush?less DC motor,a closed-loop PID control system with voltage and current is designed on the basis of brushless DC motor.The de?sign of brushless DC motor control system is completed from hardware and software.The control system includes brushless DC motor hardware drive circuit and PWM control speed control software system. And the simulation experiment is carried out inMatlab/Simulink.It is proved that the speed control system has the advantages of stable start speed,excellent speed regulation performance and high control precision,and it has good static,dynamic characteristics and adaptability.%无刷直流电动机具有结构简单,效率高节能等特点使其被广泛应用在经济发展的各项领域,该文以改善无刷直流电机的调速控制性能来作为要求,设计了以浮点型高性能DSP28335为控制核心的电动机转速控制系统.通过了解无刷直流电动机工作原理,在无刷直流电动机原来基础上设计了电压电流双闭环PID控制系统,从硬件和软件两个方面完成了无刷直流电动机控制系统的设计.控制系统包含无刷直流电动机的硬件驱动电路以及PWM控制调速软件系统.并在Matlab/Simulink中对控制系统进行搭建建模仿真实验,验证了此调速控制系统具有启动稳定迅速、调速性能优良以及控制精度高等优点,具有良好的静态,动态特性以及自适应性.【总页数】6页(P596-600,613)【作者】宋连庆;袁世博;韩兴会【作者单位】西安工程大学电子信息学院西安710048;西安工程大学电子信息学院西安710048;西安工程大学电子信息学院西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN964.3【相关文献】1.基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计 [J], 胡卓林;毛宏宇;王书士;路靖2.基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计 [J], 戚鹏3.基于dsPIC30F4012的无刷直流电动机控制系统设计 [J], 吴青萍4.基于dsPIC30F4012的无刷直流电动机控制系统设计 [J], 刘鹏;李声晋;芦刚5.基于dsPIC30F3010的无刷直流电动机控制系统设计 [J], 郎宝华;闵喜艳;张婧因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP 的无刷直流电动机控制系统设计胡卓林,毛宏宇,王书士,路靖(空军航空仪器设备计量总站,北京100070)摘要:介绍了无刷直流电动机的控制原理,给出了系统设计的整体方案,并详述了硬件电路和软件程序设计。

系统的测试结果表明,基于DSP 的无刷直流电动机控制系统,可以实现对电动机的全数字化双闭环控制。

关键词:无刷直流电动机;DSP ;智能功率模块;位置传感器中图分类号:TM33文献标识码:B文章编号:1674-5795(2010)04-0016-04Design of Brushless DC Motor Control System Based on DSP HU Zhuolin ,MAO Hongyu ,WANG Shushi ,LU Jing(Airforce Aviation Equipment Measuring Master Station ,Beijing 100070,China )Abstract :In this paper ,we introduced the control theory of brushless DC motor ,and proposed the design scheme ,software method and hardware electric circuit for whole system.The testing results show that the control system based on DSP can implement closed loop control the DC motor.Key words :brushless DC motor ;DSP ;intelligent power module ;position sensors0引言无刷直流电动机具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量、高可靠性、低噪声和长寿命等优点,特别是随着高性能单片机和专门用途的DSP (Digital Signal Processor )微处理器的出现,无刷直流电动机的位置检测和换相更加准确稳定。

基于某DSP地无刷直流电动机控制系统地设计

基于某DSP地无刷直流电动机控制系统地设计

基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计摘要:随着计算机技术、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的飞速发展,直流电动机控制系统正逐渐向数字化、智能化方向发展。

在直流电动机控制系统中,传统的模拟系统已经不适应这一趋势的发展。

DSP技术的引入不但解决了这一问题,而且同时大大提高了控制系统的控制精度、实时性和可靠性;提高了系统的效率,大大减轻了工作人员的劳动强度。

论文介绍了采用美国TI公司生产TM$320F2812型DSP芯片的无刷直流电动机控制系统的基本结构和工作原理,并详细介绍了基于DSP技术的无刷直流电动机控制系统的硬件电路及软件设计。

关键词:无刷直流电动机;TMS320F2812;电机控制系统;霍尔传感器;DSP-based Brushless DC Motor Control System Design Abstract With computer technology,power electronics technology,microelectronic technology and mode control theory the rapid development of DC motor control system is gradually to digital,intelligent direction. In DC motor control systems,traditional analog systems are not suited to this trend of development.The introduction of DSP technology will not only solve the problem,but at the same time greatly improve the control systems of control precision,real-time and reliability;improve the efficiency of the system,greatly reduces the labor intensity of staff.This paper introduces the use of the United States produced by TI-based DSP chip TM$320F2812 Brushless DC Motor Control System of the basic structure and working principle and gave details of DSP-based brushless DC motor technology,control system hardware and software design.Key words:brushless DC motor;TM$320F2812;motor control system;Digital signal processor引言过去,直流电动机大多采用电刷和滑环组成的机械整流子进行机械换向,而这种机械换向方式具有噪声大、火花、无线电干扰、寿命短等缺点。

基于DSP的无刷直流电机伺服控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机伺服控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机伺服控制系统设计摘要:随着我国电子电力技术的快速发展,永磁材料也得到了质的飞跃,基于现代控制理论的微处理技术有了巨大的发展,直流无刷电机拥有更长的使用寿命,并且运作效率更高,噪声也相对较小,在我国的航空、汽车、家电等诸多领域中有着广泛的应用。

本文主要围绕直流无刷电机控制技术的组成结构,直流无刷电机的工作原理进行分析,探讨基于DSP的直流无刷电机数字控制系统的设计方式,从而推动我国相关技术行业的不断发展关键词:DSP;直流无刷;数字控制;系统设计1.基于DSP的无刷直流电机工作原理通常情况下,永磁式直流无刷电机的定子是由磁钢组成的,它的主要作用是在电机中形成一定的磁场,电机的电枢绕组在通电之后会产生相应的反应磁场,在无刷电机的工作过程中,会进行一定的换向作用,使得电机内部的两个磁场方向在直流电机运行过程中能够保持互相垂直,从而保证直流无刷电机能够进行平稳的运转,在直流无刷电机的工作过程中,电刷能够有效的引导电流的流通,并且在电机电磁导体中,使经过的电磁位置产生相应的信号电流,由于电流能够改变无刷电机的工作方向,因此直流无刷电机的电刷位置,也决定着电机电流交换的位置。

1.1基于DSP的无刷直流电机主体基于DSP的无刷直流电机主体由静止部分和动作部分两部分组成,其中包括定子和转子。

从基于DSP的无刷直流电机的静止部分分析可知其内部包含了定子的绕组和铁芯两部分构成了电机定子。

定子绕组在电机驱动过程中产生电动势并形成电磁场,驱使无刷直流电机的转子部分发生运作,从而形成动力。

在定子传递动力到转子后转子开始旋转,电机内部由于转子的旋转产生磁场。

对转子分析可知其由永磁体、导磁体等支撑件共同组建而成。

1.2基于DSP的无刷直流电机转子位置传感器基于DSP的无刷直流电机的转子内部还设有帮助转子工作以及协助电机运行的传感器。

一般的转子传感器效果没有基于DSP的无刷直流电机的转子位置传感器灵敏,因为基于DSP的无刷直流电机的转子位置传感器能够给帮助无刷电机判断转子的磁极位置,精确地锁定转子的位置并将信息反馈到无刷电机,实现开关电路换相。

基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计

基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计

鉴于DSP的无刷曲流电效果统制系统的安排之阳早格格创做纲要:随着估计机技能、电力电子技能、微电子技能战新颖统制表面的飞快死长,曲流电效果统制系统正渐渐背数字化、智能化目标死长.正在曲流电效果统制系统中,保守的模拟系统已经出有符合那一趋势的死长.DSP技能的引进出有单办理了那一问题,而且共时大大普及了统制系统的统制粗度、真时性战稳当性;普及了系统的效用,大大减少了处事人员的处事强度.论文介绍了采与好国TI公司死产TM$320F2812型DSP芯片的无刷曲流电效果统制系统的基础结媾战处事本理,并仔细介绍了鉴于DSP技能的无刷曲流电效果统制系统的硬件电路及硬件安排.关键词汇:无刷曲流电效果;TMS320F2812;电机统制系统;霍我传感器;DSP-based Brushless DC Motor Control System DesignAbstractWithcomputer technology,power electronics technology,microelectronic technology and modecontrol theory the rapid development of DC motor control system is gradually to digital,intelligent direction.In DC motor control systems,traditional analog systems are not suited to this trend of development.The introductionof DSP technology will not only solve the problem,but at the same time greatly improve the control systems of control precision,real-time and reliability;improve the efficiency of the system,greatly reduces the labor intensity of staff.This paper introduces the use of the United States produced by TI-basedDSP chip TM$320F2812 Brushless DC Motor Control System of the basic structure and working principle and gave details of DSP-based brushless DC motor technology,control system hardware and software design.Key words:brushless DC motor;TM$320F2812;motor control system;Digital signal processor弁止往日,曲流电效果大多采与电刷战滑环组成的板滞整流子举止板滞换背,而那种板滞换背办法具备噪声大、火花、无线电搞扰、寿命短等缺面.目前,电子换背式电流无刷电效果出有但是克服了板滞换背式的缺面,而且既具备接流电效果结构简朴、运止稳当、维护便当等一系列便宜,还具备曲流电效果的运止效用下、无励磁耗费以及调速本能佳等诸多便宜.再加上连年复电力电子技能的飞快死长、新资料战新式电力电子器件的出有竭涌现,为曲流无刷电效果的推广应用挨下了脆真的前提.曲流无刷电效果正在航空航天、呆板人统制、调理器械、仪器仪容、家用电器等诸多范畴得到了广大的应用.连年去.随着DSP芯片制制战使用技能的出有竭老练,鉴于DSP的无刷曲流电效果统制系统的钻研越去越被人们所沉视.鉴于DSP的无刷曲流电效果统制正逐步与代鉴于单片机的无刷曲流电效果控TMS320F2812是好国德州仪器公司(TI公司)博门为工业应用而安排的新一代DSP处理器.该芯片采与了下本能的32位中央处理器、哈佛总线结构,下本能固态CMOS技能,主频最下可达150MHZ(时钟周期为6.67ns);具备中部保存器接心XINTF,可扩展多达1MB的保存空问.一、启动统制处事本理1.1 系统接联关系图l是系统接联关系框图,真止机构使用曲流无刷电机动做启动本质.统制估计机给启动统制系统收出统制旗号,启动统制系统把统制旗号变更成相映功率旗号启动真止机构巾的电机疏通.图1 系统接联框图启动统制系统不妨真止数字统制战速度统制.数字统制是指统制系统只需给定目标位子,运止速度筹备由启动统制系统自动完毕;速度统制是指统制系统按周期筹备佳疏通速度,启动统制系统根据其指定速度举止疏通,而后把位子疑息反馈给统制估计机.图2、3分别是启动统制框图战本理图.启动统制板与电机旗号接心有三相功率旗号接心、霍我传感器换背接心、编码器角度位子反馈接心,启动统制板对于中接心罕见字通疑接心、速度统制模拟输进接心、位子反馈接心战报警检测接心等.图2:启动统制本理框图启动统制系统由DSP统制子系统战功率搁大器组成,DSP子系统依据位移、速度及加速度参数设定真止电机位子环、速度环战电流环统制,即真止数字化启动,爆收PWM启动三相功率搁大器,而后输出A、B、C旗号启动电机运止;电机内侧霍我换背传感器的旗号决断目前那个功率管导通.编码器收出二相出进900的脉冲疑图3:DSP战启动本理号,通过对于脉冲数计数,可知电机目前角位移,即真止位子关环统制.启动统制系统通过数据通疑接心或者模拟旗号接心与上位机通疑,接互电机运奇迹态疑息战位子疑息等.二.系统硬件安排2.1 启动统制系统的结构安排启动统制系统由DSP统制板战功率启动板形成,DSP统制板控制数据通疑、统制算法战监控,功率启动板包罗功率搁大电路、电流检测电路、接心电路战电源变更电路等.二块板对接形式如图4所示,采与面对面对接,中间走二板之间旗号,中间为牢固螺丝孔,那种结构牢固,模块化安排便于维建.2.2.1 统制板硬件安排统制板的硬件本理框图如图5所示,包罗二个接心,即系统接心战功率启动板接心.由于采与集成度下的器件,板上器件比较少,主要有DSP处理器、RAM、电源模块、旗号断绝、通疑电仄变更接心、模拟旗号接心、IO失集量变更接心,其中电源模块是把5V电源变更成为DSP处理器需要的3.3V战1.8V电源;旗号断绝是指DSP的旗号电仄3.3V,而中部旗号电仄5V,若5V旗号间接输进到DSP的引足会烧坏DSP处理器,果此需要正在3.3V战5V加进旗号断绝器件;通疑接心是提供传输数据接心电仄;IO失集量即变更成某军工统制系统需要的旗号电仄.TMS320F2812是TI公司为电机启动统制研制的博用统制芯片,该器件主要特性如下:(1)32位定面CPU;(2)150MHz时钟频次;图4:硬件结构示企图(3)128K×16位片上FLASH保存器;(4)18K×16位单周期片内RAM;(5)4K×16位BOOT ROM;(6)二个事变管制器(EVMA、EVMB);(7)二个UART接心模块(SCIA、SCIB);(8)CAN2、OB接心模块;(9)12位、16通讲A/D模块,80ns变更时间,0—3V模拟电压范畴;(10)3个32位CPU定时器;(11)3个中部中断;(12)56个通用I/O引足.图5:统制板硬件本理框图事变管制器EVM模块主要包罗:(1)8通讲16位PWM;(2)死区爆收战摆设单元;(3)正接脉冲编码接心QEP;(4)3个捕获单元,捕获曲流无刷霍我换背旗号;(5)中部可屏蔽功率或者启动呵护中断.由于该款芯片具备事变管制器,特天符合于搞电机启动统制.TMS320F2812具备单通讲串心战CAN总线接心,正在安排中利用现有通疑接心去真止需要功能的开垦.串心是最时常使用的通疑办法,故系统安排中采与串止接心.功率启动板的硬件本理框图如图6所示,包罗功率启动、电仄变更接心战检测电路.功率MOS模块战单相桥启动芯片组成电机功率模块,启动电机处事,其余电路用于保证电机稳当天运止.IR2132可用去启动处事正在母电压出有下于600V的电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大正背峰值启动电流为250mA,而反背峰值启动电流为500mA.图6:功率启动板硬件本理框图它里面安排有过流、过压及短压呵护、启锁战指示搜集,使用户可便当的用去呵护被启动的MOS门功率管.器件的门极启动旗号爆收互锁延常常间,不妨预防共一桥臂上、下二个功率管共时导通.它自己处事战电源电压的范畴较宽(3—20V),正在它的里面还安排有与被启动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流搁大器,电路安排还包管了里面的3个通讲的下压侧启动器战矮压侧启动器可单独使用,亦可只用其里面的3个矮压侧启动器,而且输进旗号与TTL及COMS电仄兼容.2.3.3 电流检测电路最先,电流的检测是用分压电阻R去真止的,经运算搁大电路搁大后支人DSP的ADC输进端,A/D变更的最大变更电压为3V,每一次PWM周期对于电流采样一次,PWM的周期设为50µs,即电流的采样频次为20KHz.其次,要决定何时对于电流采样.曲流无刷电机采与齐桥单极性启动,即二个对于角开关管的上、下桥臂开关管皆采与PWM统制,开关管正在PWM周期的“开”瞬间,电流降下本去出有宁静,也出有宜采样,所以电流采样时刻正在PWM周期的“开”功夫的中部,如图7所示,对于V1、V6开关管的统制的波形.电流检测电路的安排主假如分压电阻参数、电压跟随等的安排,由于采与的曲流无刷三相电机,故需要有三个电流利讲.图7:PWM统制时电阻压落波形为了包管得到恒定的转矩,必须要对于三相曲流无刷电机举止换相.掌握佳妥当的换相时刻,不妨缩小转矩的动摇.电机的换相旗号是通过三个霍我传感器得到的.每个霍我传感器爆收180.脉宽的输出旗号,如图8所示三个霍我传感器的输出旗号互出进120.相位,正在每个板滞转动中公有六个降下或者下落沿,正佳对于应六个换相时刻.不过知讲换相时刻还出有克出有及粗确换相,还需要知讲该当换哪一相.TMS320F2812的捕获端心树坐为I/O心,并检测该心的电仄状态,便不妨知讲哪一个霍我传感器的什么沿触收的捕获中断.捕获端心的电仄状态称为换相统制字,换相统制字战换相的对于应关系参照硬件出计.霍我换相电路便是对于从霍我传感器输出旗号举止滤波,电仄变更电路.采与c谈话体例战模块化安排.硬件系统处事主要完毕启动统制系统的功能采用模式、运止参数出置、电机统制算法、数据通疑、模拟量支集、运止监视战其余障碍诊疗处事.电机统制算法是硬件开垦的沉面战易面,统制算法依据给定参数战电机真时反馈数据举止对于电机真时统制,该模块本能间接做用到启动统制系统本能;另一个处事硬件冗余度安排战障碍逻辑处理,主要用途是包管系统丁做的稳当性战真止机构的仄安性.数字化启动统制系统是指启动统制系统接支某统制系统的位子疑息,启动统制系统自动筹备电机疏通统制速度、位子检测,共时真时反馈目前电机处事状态战位子疑息.采与数字化启动统制系统,可普及所有系统的稳当性及统制粗度.为了包管此项关键技能的真止,采与了以下要收战步伐:(1)采与集成度下、频次下的DSP芯片,采用TMS320F2812器件其处事频次可达150MHz;(2)电机的三环统制由硬件真止,t环为位子环、速度环、电流环,预防了模拟电路中模拟元器件果为受环境果素做用而爆收时漂、温漂,做用统制粗度;(3)启动统制系统采与串心/CAN总线举止数据接互;(4)速度筹备采与曲线加落速算法包管运止宁静;(5)轨迹面预先连绝筹备,某军工自动统制系统给定的是失集位子面,启动统制系统通过轨迹拟合算法,使各个位子面仄滑过度,预防r电机一再停止开用,有好处普及电机寿命战运止稳固性.单通讲是指一个统制板有二个启动电机的电气通讲,一个通讲统制一个电机,每个通讲皆不妨独记处事.若检测到功率启动硬件非常十分,坐时开用另一通讲处事.单通讲的安排即启动统制系统引进冗余安排思维,普及启动统制系统的仄安性、稳当性.为了包管此项关键技能的真止,采与以下要收战步调:(1)正在硬件电路安排中,引进功率启动自检电路,通过自检电路不妨决定是电机障碍、功率启动电路障碍、硬件障碍;(2)正在爆收障碍时,最先举止硬件自检测.(3)正在硬件安排中,引进冗余出计,对于DSP二个EVM事变管制器举止分别统制,共时真时监视通讲中的硬件处事状态;(4)硬件复位,并报告工业统制估计机目前障碍本果.本文对于曲流无刷电效果的特性及新式DSP芯片TMS320F2812的本能等做.r仔细的介绍,并对于鉴于DSP 的无刷曲流电效果统制系统的安排做了认果然分解战介绍,并将该安排应用于某军工统制系统,博得r非常佳的效验,为DSP芯片TMS320F2812正在曲流无刷电机统制系统中的开垦、利JH,做了很佳的探索,具备一定的表面战试验价格.本文做家革新面:采与老练技能,落矮研制危害;采与集成化、模块化,普及稳当性战维建性;采与数字化安排,普及数据传输稳当性;采与单通讲安排,普及系统的仄安性. [参照文件][1]林健.DSP旗号处理器的典型应用及前景预测.机电疑息.2004(1):41—45.[2]姚金,王彦梅.新式I)SP芯片TMS320F2812正在电机统制系统中的出汁及应用[J].微型电脑应用.2007(i0):31—34.[3]周扬,葛英辉,倪光正.DSP正在电动午应用中的几个关键『廿J题[J].电机与统制教报,2006(6):580—584.[4]廖丽莹,李啸骢,罗涛,等.鉴于TMS320b、2812的液晶隐爪的安排[J].产品开垦与革新,2005(5):55—57.[5]苏奎峰,吕强,耿庆锋,等.TMS320F2812本坪与开垦[M]北京:电子工业出版社,2005.[6]汤晓燕.电机统制系统核心芯片的比较[J].沙洲工做下教院教报,2008(1):8—11.[7]罗坐明.基了:DSP的电机统制器CAN通讯及监控系统出计[D].武汉:武汉理.L:大教,2006.[8]土滨,下永死,弛文化.鉴于TMS320F2812的新式无刷电机统制器安排f J].电子丈量技能,2007(8):107—109.[9]董期林,弛淑梅.基丁DSP的曲流电机数宁统制系统[J].微电机,2006(5):62—64.。

基于DSP无刷电动机控制系统设计

基于DSP无刷电动机控制系统设计

基于DSP无刷电动机控制系统设计
0 引言众所周知,直流电动机调速性能好,但存在机械换向装置易造成换向火花、电磁干扰及需要定期维护等不足;同步电动机效率高,功率因数可调,但存在启动困难,重载时易振荡失步等问题。

随着电力电子技术、计算机技术和新型永磁材料的不断发展,为提出一种利用电子换向原理实现永磁无刷电动机控制创造了条件。

特别是近几年推出的数字信号处理器(DSP)芯片,
解决了原来微处理器结构复杂,单片微处理速度达不到实时系统控制的要求,为无刷电动机的复杂算法提供了软硬件基础。

1 系统结构和工作原理无刷电动机属于一种自控同步电动机,它主要由DSP 电机专用高速处理器芯片、转子位置传感器、逻辑驱动电路、功率电子开关、电流和电压检测等装置组成。

DSP 控制的无刷电动机系统结构如图1 所示。

其中,无刷电动机定子绕组为星形接法;DSP 控制芯片ADMCF328 驱动专用集成芯片IR2130;逆变桥采用三相桥式电路;转子位置检测器利用霍尔元件检测,并利用位置信号估算转子的转速,以实现转速闭环控制。

无刷电动机的转子采用永磁体,产生直轴位置的励磁磁场,定子为电枢绕组,通过功率控制器控制各相绕组的通断状态而产生旋转磁场。

设计无刷电动机控制系统设计的关键是如果选择转子位置检测器,当电动机定子电枢系统直接由转子转速控制。

当电动机速度降低时,位置检测器的输出信号频率也降低,电枢电流频率及其旋转磁场的速度也随之降低,但若使电枢磁场与励磁磁场的相对位置仍保持不变,则电动机就不会失步。

同时,由无刷电动机调速特性可知,调节直流电压Ud 的大小,可以改变电动机的转速性能,这与有刷直流电
动机有相似的机械特性。

基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计摘要本文围绕无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)控制系统设计中的几个关键技术--位置检测、起动和控制方法进行了深入的研究,对无位置传感器无刷直流电机运行方式进行了全面的分析,在此基础上提出了瞬时状态检测与预测估计相结合的转子位置检测新方法,并通过“三段式”方法实现起动。

为了提高系统的调速性能,控制方法采用了转速、电流双闭环。

控制系统设计采用TI公司TMS320LF240x系列的DSP芯片作为控制核心。

借助于DSP强大的处理能力和丰富的外设,整套系统省去了以往复杂的硬件电路,采用结构更加合理的软件,实现了系统的大部分功能,从而提高了系统的可靠性。

实验结果表明,电机起动快速、稳定,具有较宽的调速范围。

同时,该系统还具有结构简单、可靠性高等特点,具有广泛的应用前景。

关键词:无位置传感器;无刷直流电机;位置检测;闭环控制;数字信号处理器;起动Design of Brushless DC motorControl system based on DSPAbstractThis paper mainly study some pivotal techniques—position detection , start and control method, which surrounds brushless DC motor (BLDCM) without position sensor control system's design. On base of analyzing and studying the run mode of BLDCM, we present a new rotor position detection method which was instantaneous state detection combined with state predict , and use " three sect" start method . In order to improve the speeding performance, we adopt the two closed-loop control strategy of speed and current. The MCU of system is the TMS320LF2402 DSP chip. In virtue of powerful processing capacity and plenty peripherals of DSP, the system adopt more reasonable software structure instead of the former complicated hardware circuit, and get better dependability. Experimental results show that the motor start fast and stable with wider area of speeding. This BLCDM control system has the characteristic of simple structure, high dependability, and can be used in many fields. Keywords: Sensor less;Brushless DC motor;Position detection;Closed-loop control;Digital signal processing (DSP);Start目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究内容 (3)1.2.1 转子位置检测技术的研究 (3)1.2.2 起动方法的研究 (3)1.2.3 电机控制方法的研究 (4)1.3 本人在课题中承担的工作 (4)第2章系统总体方案设计 (5)2.1 系统总体构成 (5)2.2 无刷直流电机数学模型 (6)2.3 转子位置检测方法的选择 (7)2.3.1 反电势法 (8)2.3.2 电流法 (9)2.3.3 磁链估计法 (10)2.3.4 状态观测器法 (11)2.3.5 人工智能方法 (11)2.4 起动方法的选择 (12)2.4.1 硬件起动电路 (12)2.4.2 预定位起动方式起动 (13)2.4.3 三段式起动 (14)2.5 系统控制核心及控制方法的确定 (15)2.5.1 控制核心的确定 (15)2.5.2 控制方法的确定 (15)2.6 课题中存在的难点和关键技术 (16)第3章关键技术研究 (18)3.1 转子位置检测技术 (18)3.1.1 瞬时状态法原理 (18)3.1.2 反电势过零点预测估计原理 (22)3.2 三段式起动 (24)3.2.1 同步切换技术 (24)3.2.2 电机起动阶段的电压适应技术 (25)3.2.3 假起动现象的形成和辨别 (26)3.3 转速、电流双闭环控制 (27)3.3.1 PID控制原理 (27)3.3.2 双闭环调速系统的设计 (29)3.3.3 PID 的参数整定 (32)3.4 PWM脉宽调制技术 (33)第4章系统硬件设计 (37)4.1 控制系统硬件总体构成 (37)4.2 DSP控制系统硬件设计 (38)4.2.1 DSP最小系统的构成 (38)4.2.2 DSP芯片供电设计 (38)4.3 控制系统功率主电路设计 (39)4.3.1 驱动芯片介绍 (39)4.3.2 功率主回路设计 (40)4.4 转子位置检测电路设计 (40)4.5 3.3V与5V混合逻辑系统设计 (41)4.6 控制显示面板设计 (42)第5章系统软件设计 (44)5.1 DSP软件开发介绍 (44)5.1.1 C编译器概述 (44)5.1.2 DSP的软件开发方法 (45)5.1.3 DSP中断介绍 (47)5.2 系统软件总体结构及设计 (48)5.2.1 系统软件总体结构 (48)5.2.2 主程序设计 (48)5.2.3 紧急停机中断设计 (50)5.2.4 位里检测中断设计 (50)5.2.5 定时器1中断设计 (52)第6章结束语 (53)参考文献 (55)谢辞 (57)第1章绪论1.1 研究背景一个多世纪以来,电动机作为机电能量转换装置,一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,电机控制技术已成为众多领域的关键技术之一。

无刷直流电机(BLDC)以其高效、低噪音、长寿命等优点,在工业、交通、医疗、家电等领域得到广泛应用。

而数字信号处理器(DSP)作为一种高性能的微处理器,为电机控制提供了更精确、更快速的解决方案。

因此,本文旨在探讨DSP无刷直流电机控制器的设计方法。

二、DSP无刷直流电机控制器设计概述DSP无刷直流电机控制器是一种基于DSP技术的电机控制器,它能够实现对无刷直流电机的精确控制。

设计DSP无刷直流电机控制器需要考虑到硬件电路设计、软件算法设计以及控制系统设计等多个方面。

其核心思想是通过DSP的强大处理能力,对电机的转速、转向、位置等参数进行实时监测和控制,以达到精确控制电机的目的。

三、硬件电路设计硬件电路设计是DSP无刷直流电机控制器的关键部分之一。

主要包括电源电路、电机驱动电路、信号采集电路等。

首先,电源电路为整个控制器提供稳定的电源,保证控制器的正常工作。

其次,电机驱动电路是控制电机运转的关键部分,需要考虑到电机的电压、电流等参数,以保证电机的正常运行。

最后,信号采集电路负责采集电机的转速、转向、位置等信号,为控制器的精确控制提供依据。

四、软件算法设计软件算法设计是DSP无刷直流电机控制器的另一关键部分。

主要包括控制算法设计、驱动程序设计等。

控制算法是控制器的核心,它需要根据电机的实际运行情况,实时调整电机的转速、转向等参数,以达到精确控制的目的。

常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。

驱动程序则是控制算法与硬件之间的桥梁,它需要根据硬件的特性,实现控制算法的硬件实现。

五、控制系统设计控制系统是DSP无刷直流电机控制器的核心部分,它需要对整个系统进行综合管理,保证系统的稳定性和可靠性。

控制系统设计主要包括系统架构设计、系统调试等。

系统架构设计需要考虑到系统的整体结构、功能模块的划分以及模块之间的通信方式等。

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,电机控制技术已成为众多领域的关键技术之一。

无刷直流电机(BLDC)以其高效、低噪音、长寿命等特点在众多应用领域中崭露头角。

为了实现精确、稳定的电机控制,本文提出了一种基于DSP(数字信号处理器)的无刷直流电机控制器设计方法。

二、系统设计概述本设计采用DSP作为核心控制器,通过软件算法实现对无刷直流电机的精确控制。

系统主要由DSP控制器、电机驱动电路、传感器电路、电源电路等部分组成。

其中,DSP控制器负责接收传感器信号,进行算法处理后输出控制信号,驱动电机进行工作。

三、DSP控制器设计DSP控制器是本设计的核心部分,其性能直接影响到电机的控制效果。

在DSP选择上,我们应考虑处理速度、功耗、成本等因素,选择适合的DSP芯片。

DSP控制器的主要功能包括:1. 接收传感器信号:通过ADC(模数转换器)将传感器信号转换为数字信号,供DSP处理。

2. 算法处理:根据传感器信号,通过软件算法计算出电机的控制参数,如PWM(脉宽调制)信号的占空比等。

3. 输出控制信号:将计算出的控制参数通过PWM模块输出为控制信号,驱动电机进行工作。

四、电机驱动电路设计电机驱动电路是连接DSP控制器和电机的桥梁,其性能直接影响到电机的运行效果。

驱动电路应具备较高的驱动能力和较低的功耗。

同时,为了保护电机和控制器,驱动电路还应具备过流、过压等保护功能。

五、传感器电路设计传感器电路用于检测电机的运行状态,为DSP控制器提供反馈信号。

常见的传感器包括电流传感器、速度传感器等。

传感器电路应具备较高的精度和较低的噪声,以保证反馈信号的准确性。

六、电源电路设计电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。

在设计中,应考虑电源的稳定性、效率、抗干扰能力等因素。

同时,为了降低系统的功耗,应采用低功耗的电源管理策略。

七、软件设计软件设计是DSP无刷直流电机控制器的关键部分。

在软件设计中,应采用合适的算法实现电机的精确控制。

基于DSP的无刷直流电机控制系统的研究与设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统的研究与设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统的研究与设计技术分类:微处理器与DSP | 2010-11-22国外电子元器件何晋良欧阳昌华廖力清3 系统软件设计3.1 系统控制总图图4所示是本系统的控制框图。

根据该控制框图可将系统划分为若干个子任务。

其中包括系统初始化任务、系统参数采样任务、系统保护任务、模糊控制计算任务、电机控制任务、通信任务等。

任何时刻都只能有一个子任务被系统调度选中而进入系统的主循环中运行,此时,其他任务都处于休眠或者挂起状态。

以等待系统的调用。

每一个子任务都是以一个死循环的函数形式出现并供系统调用,每个子任务的死循环的打断和切换一般都以系统节拍时钟为准。

由系统调度器决定的、合适下一个应该调用的子任务框图如图5所示。

3.2 模糊控制参数的选择本模糊控制器以电机的转速输出与期望的速度输出的偏差e以及偏差的变化率ec作为输入变量来输出电机的控制值的变化值。

在模糊控制区内,可将速度偏差和偏差变化率量化为7个模糊子集,即模糊语言变量{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},简记{NL,NM,N-S,ZO,PS,PM,PL}。

综合考虑速度偏差和速度偏差变化率这两个信号,可采用如下的模糊推力规则:由于e和ec各有一个模糊子集,所以,共有49条模糊规则,其具体规则如表1所列。

3.3 系统参数采样电压电流采样单元共采集7个数据,分别是三相电压、三相电流和定子电枢总电流,这些参数分别对应A/D中的7个采样通道。

每一次采样过程中。

程序均按照采样通道一次性顺序采样7个数据,并将采样结果放入数据缓冲区,以供其他程序读取和调用。

假如被控电机的最高转速为3000转/分,即50转/秒,且每一个电周期中有6个换相区间,那么,为了保证换相控制精度<15°,每个换相区间采样5次。

则可得到的每秒采样次数为5x6x50=1500次/秒,每次采样间隔时间大约为660μs。

图6所示是系统的电压电流采样程序流程图。

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计概述无刷直流电机(BLDC)是一种高性能、高效率的电机,在现代工业中得到了广泛应用。

在工业中,BLDC电机通常需要对转速、转矩、功率等参数进行精准的控制,以满足不同应用的需求。

为了实现BLDC电机的控制,我们需要一种高效、高精度的控制系统。

本文将介绍一种基于数字信号处理器(DSP)设计的BLDC电机控制系统。

这种控制系统具有高效、高精度、易于实现等特点。

DSP的基本原理DSP(数字信号处理器)是一种专门用于数字信号处理的微处理器。

它具有高速、多功能、易于编程等优点,可以广泛应用于通信、音频、图像处理等领域。

在BLDC电机控制系统中,DSP的作用主要是用于控制算法的计算,以及各种控制信号的生成。

由于BLDC电机的控制信号通常是PWM信号,因此在DSP中需要编写PWM生成算法,以实现对BLDC电机的控制。

BLDC电机控制原理在开始介绍BLDC电机控制系统的设计之前,我们需要了解一下BLDC电机的控制原理。

BLDC电机是一种三相交错绕组电机,通常使用六个分立的功率开关(MOSFET或IGBT)控制三个相位的电流。

BLDC电机的控制原理是通过控制功率开关的开关时间,以控制电流的大小和方向。

BLDC电机的转速可以通过控制功率开关的开关时间和电流大小来实现。

常用的BLDC电机控制方式有三种:正常反相控制、霍尔传感器反馈控制和无霍尔传感器反馈控制。

基于DSP的BLDC电机控制系统设计在基于DSP的BLDC电机控制系统中,系统主要由三个部分组成:DSP处理器、PWM信号输出电路和功率输出电路。

DSP处理器:该处理器是BLDC电机控制系统的中央处理器,用于控制算法的计算和PWM信号输出的控制。

常用的DSP处理器有TI的TMS320F28xx系列、Freescale的MC56F80xx系列等。

PWM信号输出电路:该部分用于产生PWM信号,并提供给BLDC电机的功率输出电路。

PWM信号输出电路通常由一组逻辑门、驱动电路和功率晶体管组成。

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文

《DSP无刷直流电机控制器的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展,无刷直流电机因其高效、稳定、低噪音等优点,在工业、航空、医疗等领域得到了广泛应用。

为了更好地控制无刷直流电机,DSP(数字信号处理器)无刷直流电机控制器应运而生。

本文将详细介绍DSP无刷直流电机控制器的设计原理、方法及优势。

二、DSP无刷直流电机控制器的基本原理DSP无刷直流电机控制器是一种基于DSP技术的电机控制器,通过控制电机的电流、电压等参数,实现对无刷直流电机的精确控制。

其基本原理包括电机驱动、信号采集、控制算法和通信接口等部分。

1. 电机驱动:DSP无刷直流电机控制器通过驱动电路,将电源的直流电能转换为电机的机械能,实现电机的运动。

2. 信号采集:控制器通过传感器采集电机的电流、电压、速度等信号,为控制算法提供必要的输入。

3. 控制算法:DSP无刷直流电机控制器采用先进的控制算法,如PID(比例-积分-微分)控制、模糊控制等,实现对电机的精确控制。

4. 通信接口:控制器具有多种通信接口,如CAN、RS485等,方便与上位机或其他设备进行数据交换。

三、DSP无刷直流电机控制器的设计方法DSP无刷直流电机控制器的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。

1. 硬件设计:(1)主控芯片选择:选择性能稳定、处理速度快的DSP芯片作为主控芯片。

(2)电源电路设计:设计稳定的电源电路,为控制器提供可靠的电源。

(3)驱动电路设计:设计合理的驱动电路,实现电机的高效驱动。

(4)传感器接口设计:设计传感器接口电路,实现信号的采集与传输。

(5)通信接口设计:根据需要设计相应的通信接口电路。

2. 软件设计:(1)操作系统选择:选择适合DSP芯片的操作系统,如uC/OS等。

(2)驱动程序开发:编写驱动程序的代码,实现硬件的初始化、配置和控制。

(3)控制算法实现:根据控制需求,编写控制算法的代码,实现电机的精确控制。

(4)通信协议开发:编写与上位机或其他设备进行数据交换的通信协议。

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计摘要:无刷直流电机(BLDC)由于其高效率、高功率密度和长寿命等优点,已广泛应用于各种领域。

本文基于数字信号处理器(DSP)设计了一种无刷直流电机控制系统,包括电机驱动器、速度控制和位置控制等关键组成部分。

通过优化控制算法和调整参数,实现了无刷直流电机的高精度、高性能控制。

试验结果表明,所设计的控制系统在速度跟踪、负载响应和运行平稳性等方面表现出良好的性能。

关键词:无刷直流电机;DSP;数字信号处理器;电机驱动器;速度控制;位置控制一、引言无刷直流电机由于其结构简易、寿命长、功率密度高和效率高等优点,逐渐替代了传统的有刷直流电机,广泛应用于机械、汽车、电子设备等领域。

无刷直流电机控制系统的设计对于提高系统的性能和稳定性至关重要。

本文基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的强大计算和实时处理能力,设计了一种高精度、高性能的无刷直流电机控制系统。

二、无刷直流电机控制系统设计1. 电机驱动器设计电机驱动器是控制无刷直流电机运行的关键部件。

本文接受了一种三相桥式驱动器,能够实现对电机相序的控制。

控制器通过控制驱动器的工作周期和占空比,将直流电源转换为适时的三相沟通电源,驱动无刷直流电机运动。

2. 速度控制设计速度控制是无刷直流电机控制系统的一个重要功能。

本文接受了一种基于比例积分(Proportional Integral,PI)控制器的速度控制算法。

起首,通过测量电机的转速反馈信号,得到当前转速与目标转速之间的误差。

然后,通过比例项和积分项计算控制量,并通过控制器调整驱动器的占空比,使得误差趋近于零。

3. 位置控制设计位置控制是无刷直流电机控制系统的另一个重要功能。

本文接受了一种基于比例积分微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制器的位置控制算法。

起首,通过测量电机的位置反馈信号,得到当前位置与目标位置之间的误差。

DSP基于DSP无刷直流电动机调速系统的设计

DSP基于DSP无刷直流电动机调速系统的设计

基于DSP无刷直流电动机调速系统的设计1无刷直流电动机本文针对有刷直流电动机存在换向火花、机械换向困难、磨损严重等缺点,提出了采用无刷直流机来代替有刷直流电动机,来提高控制系统的控制质量,本文设计了无刷直流机的数字控制方法。

由于DSP具有处理数据量大、实时性好和精度高等优点,所以本文控制器采用的是DSP。

此系统的双闭环就是通过DSP 软件编程实现的,比起以往的用模拟器件实现的控制系统,其整个系统结构比较简单、控制精度高并且具有很强的灵活性,系统可根据用户的控制要求只需更改设定参数(即指令操作数)就可以实现其控制结果。

本文对无刷直流机的结构和工作原理做了简单的介绍,以为了更好地理解无刷直流机控制系统。

虽然用位置传感器检测转子位置的方法比较直接,但位置传感器必须安装在电动机轴上,使电动机更加笨重,并且增加了整个系统的机械磨损等,所以本文采用了无位置传感器方法来获得转子位置信号,本文采用反电势检测法。

为了使整个系统能够可靠运行,因而采用了转速电流双闭环,转速环和电流环都采用PI调节器。

1.1 无刷直流机的结构无刷直流机的转子是由永磁材料制成的,具有一定磁极对数的永磁体。

为了能产生梯形波感应电动势,无刷直流机的转子磁钢的形状呈弧形(瓦片状),气隙磁场呈梯形分布。

定子上有电枢,这一点与永磁有刷直流电动机正好相反。

无刷直流机的定子电枢绕组采用整距集中式绕组,绕组的相数有二、三、四、五相,但应用最多的是三相和四相。

各项绕组分别与外部的电子开关电路相连,开关电路中的开关管受位置传感器的信号控制。

无刷直流机的工作离不开电子开关的电路,因此由电动机本体、转子位置传感器和电子开关电路三部分组成了无刷直流机控制系统。

其原理框图如图1-1所示。

图中,直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电,位置传感器随时检测到转子所处位置,并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止。

从而自动地控制了哪些绕组通电,哪些绕组断电,实现了电子换向。

基于dsp的无刷直流电机控制器设计

基于dsp的无刷直流电机控制器设计

基于dsp的无刷直流电机控制器设计
基于DSP的无刷直流电机控制器是在实现智能控制时使用的重要技术,利用DSP芯片实现无刷直流电机控制也是当今很重要的发展方向。

基于DSP的无刷直流电机控制器具有许多优点,首先,它可以更准确地控制和调节电机的转速和输出功率,使电机更加高效;其次,它具有更好的负载响应能力,能够在负载变化时及时调整电机的运转状态;此外,避免了传统控制器在高速运行时产生的振荡和振荡,从而更有效地保护电机;最后,它更容易地实现故障检测、运行统计和参数检测,协助用户更好地检测并保障无刷直流电机的可靠性和安全性。

无刷直流电机控制器是推动电动汽车发展的关键技术,基于DSP 技术的直流电机控制器具有更强的智能控制能力,可以为电动汽车提供更稳定的性能以及更高的能量利用率。

在今后的发展中,基于DSP 的无刷直流电机控制器将作为智能驾驶车辆的关键元件,实现快速,稳定的控制,实现高效的动力性能,为用户提供更安全,更舒适的驾驶体验。

基于DSP 的无刷直流电动机控制系统

基于DSP 的无刷直流电动机控制系统

摘要:设计一种基于数字信号处理器DSP 的无刷直流电动机控制系统。

充分利用T MS320C240DSP 外设接口丰富、运算速度快的特点,采用PWM 方式,以霍尔传感器作为位置和速度传感器,实现对无刷直流电动机的位置与速度控制。

关键词:直流电动机;DSP 控制器;PWM 中国分类号:T M33文献标识码:BControl s y stem of brushless DC motor based on DSPBAI Lei-shi ,Y ANG Hua(School o f Contr ol Science and En g ineer ing ,Shandon g Univ er sit y ,Jinan 250061,China )Abstrect :A novel brushless DC m otor control s y stem based on DSP is p ro p osed.T he DSP is used full y which has the p erform ance of rich p eri p heral interface and fast s p eed.B y utilizin g PWM and usin g Hall sensors as s p eed and p osition sensors ,the s p eed and p osition control of DC m otor s y stem are im p lem ented.K e y w ords :DC m otor ;DSP controller ;PWM基于DSP 的无刷直流电动机控制系统白雷石,杨华(山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061)1引言随着大功率开关器件、集成电路及高性能的磁性材料的发展,采用电子换相原理工作的无刷直流电动机得到了长足进步。

许多小型无刷直流电动机在应用时往往需要精确的速度控制,尤其在高速运行场合,对信号反馈控制灵敏度的要求更为严格。

基于DSP的直流无刷电机智能控制系统设计

基于DSP的直流无刷电机智能控制系统设计

图1 霍尔位置传感器输出波形 图2 三相全桥驱动电路2013.134线同时访问程序空间和数据空间,具有强大的数据处理能力和较高的运行速度,其中C2000系列整合了DSP和微控制器MCU的最佳特性,是目前性价比最高的DSP芯片之一[4-6]。

除了高效的数学运算能力,它还具有较为完善的事件管理能力和嵌入式控制功能,因此被广泛应用于工业控制,特别是在处理速度、处理精度方面要求较高的大批量数据处理测控领域。

测来进行换相,本系统选用有位置传感器的无刷电机,根据霍尔位置传感器进行换相。

无刷直流电机采用外部接口DC 12V或24V供电,驱动电路与控制电路通过光耦完全隔离,避免驱动部分给控制部分带来干扰,其他关键技术设计介绍如下。

位置信号的检测和转速的计算电机内部嵌有3个互相间隔120度图3 对称PWM信号原理图4 带死区的互补PWM信号原理降沿延迟一定时间,延时时间通过对死区寄存器编程实现。

PID闭环调速原理在电机调速系统中,有不少调节方法,模糊控制和神经网络控制往往还处于模拟仿真阶段,实际应用中比较少,而PID调节简单易用,故多采用这种方法[7-8]。

图5为系统PID速度控制原理图,其中r(t)是给定值,y(t)是系统的实际输出值,给定值与实际(1)(2)(3)(4)数字PID算法在具体系统中实现时,可以根据多次实验对比校准,最终确定比例系数Kp、Ti、Td的值。

系统中断函数实时测量电机当前转速y(k),由r(t)计算本次转速偏差e(k),然后根据公式(3)计算控制增k),通过执行机构换占空比对电机转速进行k-1),如此循环参数之间权衡调整,达到最佳控制效果,实现稳快准的控制特点。

总结电机空载启动,并设定转速为2100转时的系统实验结果如图6所示,PID算法能够快速调节转速达到预设值。

但对结果放大观察会发现系统稳定运行过程中仍然存在微弱的转速波动,具体原因在于电机高速转动时的频繁换相导致,目前正在对算法进行优化解决,但实验结果总体表现出系统精准的控制性能。

基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计

基于DSP的无刷直流电动机控制系统设计
中 图分 类 号 :T 6+1 M3 文 献 标 志 码 :A 文章 编 号 :10 —88 2 1 }50 0 —3 0 164 (0 0 o —130
De i n o nt o yse fBr h e sDC o or Ba e P sg n Co r lS tm o us l s M t s d on DS
Q e g I n P ( c ol f l t n sadIf m t nE gneig n u nvr t S ho o e r i n no ai n ier ,A h i i sy E co c r o n U e i
o rh etr ,H f 3 6 h a f c i c e ee 2 0 0 ,C i ) A t u i 1 n
0 5I 舌 无刷 直 流 电 机 不 仅 具 有 交 流 电 机 的 体 积 小 、
重量 轻 、惯 量 小 等 特 点 ,而 且 拥 有 直 流 电 动 机 优 良的调速性 能 ,但 又 没 有 机 械 换 向 器 的缺 点 , 因 此主要 应 用 于 工 厂 白化 和 办公 自动 化 方 面 ,它 正 在迅 速取 代 传 统 的直 流 电 机 和 异 步 电机 ,在 高 精
moo p e y t m , a d d sg e e -u i g f z y c n r l r t c iv r s ls tr s e d c n trs e d s s e n e in d s r t n n u z o tol a h e e b u h e s DC mo o p e o — f e o
实 现 无 刷 直 流 电 机 调 速 , 给 出 了 实 验 结 果 和
结 论 引。
1 自整 定 模 糊 控 制 技 术
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实用文档之"基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计"摘要:随着计算机技术、电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的飞速发展,直流电动机控制系统正逐渐向数字化、智能化方向发展。

在直流电动机控制系统中,传统的模拟系统已经不适应这一趋势的发展。

DSP技术的引入不但解决了这一问题,而且同时大大提高了控制系统的控制精度、实时性和可靠性;提高了系统的效率,大大减轻了工作人员的劳动强度。

论文介绍了采用美国TI公司生产TM$320F2812型DSP芯片的无刷直流电动机控制系统的基本结构和工作原理,并详细介绍了基于DSP技术的无刷直流电动机控制系统的硬件电路及软件设计。

关键词:无刷直流电动机;TMS320F2812;电机控制系统;霍尔传感器;DSP-based Brushless DC Motor Control System DesignAbstract With computer technology,power electronics technology,microelectronic technology and mode control theory the rapid development of DC motor control system is gradually to digital,intelligent direction. In DC motor control systems,traditional analog systems are not suited to this trend of development.The introduction of DSP technology will not only solve the problem,but at the same time greatly improve the control systems of control precision,real-time and reliability;improve the efficiency of the system,greatly reduces the labor intensity of staff.This paper introduces the use of the United States produced by TI-based DSP chip TM$320F2812 Brushless DC Motor Control System of the basic structure and working principle and gave details of DSP-based brushless DC motor technology,control system hardware and software design.Key words:brushless DC motor;TM$320F2812;motor control system;Digital signal processor引言过去,直流电动机大多采用电刷和滑环组成的机械整流子进行机械换向,而这种机械换向方式具有噪声大、火花、无线电干扰、寿命短等缺点。

现在,电子换向式电流无刷电动机不仅克服了机械换向式的缺点,而且既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,还具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点。

再加上近年来电力电子技术的飞速发展、新材料和新型电力电子器件的不断涌现,为直流无刷电动机的推广应用打下了坚实的基础。

直流无刷电动机在航空航天、机器人控制、医疗器械、仪器仪表、家用电器等诸多领域得到了广泛的应用。

近年来。

随着DSP 芯片制造和使用技术的不断成熟,基于DSP的无刷直流电动机控制系统的研究越来越被人们所重视。

基于DSP的无刷直流电动机控制正逐步取代基于单片机的无刷直流电动机控TMS320F2812是美国德州仪器公司(TI公司)专门为工业应用而设计的新一代DSP处理器。

该芯片采用了高性能的32位中央处理器、哈佛总线结构,高性能静态CMOS技术,主频最高可达150MHZ(时钟周期为6.67ns);具有外部存储器接口XINTF,可扩展多达1MB的存储空问。

一、驱动控制工作原理1.1 系统交联关系图l是系统交联关系框图,执行机构使用直流无刷电机作为驱动本体。

控制计算机给驱动控制系统发出控制信号,驱动控制系统把控制信号转换成相应功率信号驱动执行机构巾的电机运动。

图1 系统交联框图驱动控制系统可以实现数字控制和速度控制。

数字控制是指控制系统只需给定目标位置,运行速度规划由驱动控制系统自动完成;速度控制是指控制系统按周期规划好运动速度,驱动控制系统根据其指定速度进行运动,然后把位置信息反馈给控制计算机。

1.2驱动控制系统原理图2、3分别是驱动控制框图和原理图。

驱动控制板与电机信号接口有三相功率信号接口、霍尔传感器换向接口、编码器角度位置反馈接口,驱动控制板对外接口有数字通信接口、速度控制模拟输入接口、位置反馈接口和报警检测接口等。

图2:驱动控制原理框图驱动控制系统由DSP控制子系统和功率放大器组成,DSP子系统依据位移、速度及加速度参数设定实现电机位置环、速度环和电流环控制,即实现数字化驱动,产生PWM驱动三相功率放大器,然后输出A、B、C 信号驱动电机运转;电机内侧霍尔换向传感器的信号决定当前那个功率管导通。

编码器发出两相相差900的脉冲信图3:DSP和驱动原理号,通过对脉冲数计数,可知电机当前角位移,即实现位置闭环控制。

驱动控制系统通过数据通信接口或模拟信号接口与上位机通信,交互电机运行状态信息和位置信息等。

二.系统硬件设计2.1 驱动控制系统的结构设计驱动控制系统由DSP控制板和功率驱动板构成,DSP控制板负责数据通信、控制算法和监控,功率驱动板包括功率放大电路、电流检测电路、接口电路和电源变换电路等。

两块板连接形式如图4所示,采用背靠背连接,中间走两板之间信号,旁边为固定螺丝孔,这种结构牢靠,模块化设计便于维修。

2.2控制板原理设计2.2.1 控制板硬件设计控制板的硬件原理框图如图5所示,包括两个接口,即系统接口和功率驱动板接口。

由于采用集成度高的器件,板上器件比较少,主要有DSP处理器、RAM、电源模块、信号隔离、通信电平转换接口、模拟信号接口、IO离散量转换接口,其中电源模块是把5V电源转换成为DSP 处理器需要的3.3V和1.8V电源;信号隔离是指DSP的信号电平3.3V,而外部信号电平5V,若5V信号直接输入到DSP的引脚会烧坏DSP处理器,因此需要在3.3V和5V加入信号隔离器件;通信接口是提供传输数据接口电平;IO离散量即转换成某军工控制系统需要的信号电平。

2.2.2核心器件介绍TMS320F2812是TI公司为电机驱动控制研制的专用控制芯片,该器件主要特点如下:(1)32位定点CPU;(2)150MHz时钟频率;图4:硬件结构示意图(3)128K×16位片上FLASH存储器;(4)18K×16位单周期片内RAM;(5)4K×16位BOOT ROM;(6)两个事件管理器(EVMA、EVMB);(7)两个UART接口模块(SCIA、SCIB);(8)CAN2、OB接口模块;(9)12位、16通道A/D模块,80ns转换时间,0—3V模拟电压范围;(10)3个32位CPU定时器;(11)3个外部中断;(12)56个通用I/O引脚。

图5:控制板硬件原理框图事件管理器EVM模块主要包括:(1)8通道16位PWM;(2)死区产生和配置单元;(3)正交脉冲编码接口QEP;(4)3个捕获单元,捕捉直流无刷霍尔换向信号;(5)外部可屏蔽功率或驱动保护中断。

由于该款芯片具有事件管理器,特别适合于做电机驱动控制。

2.2.3通信接口设计TMS320F2812具有双通道串口和CAN总线接口,在设计中利用现有通信接口来实现需要功能的开发。

串口是最常用的通信方式,故系统设计中采用串行接口。

2.3功率驱动板原理设计2.3.1功率驱动板硬件设计功率驱动板的硬件原理框图如图6所示,包括功率驱动、电平转换接口和检测电路。

功率MOS模块和单相桥驱动芯片组成电机功率模块,驱动电机工作,其他电路用于确保电机可靠地运行。

2.3.2三相桥驱动芯片IR2132可用来驱动工作在母电压不高于600V的电路中的功率MOS 门器件,其可输出的最大正向峰值驱动电流为250mA,而反向峰值驱动电流为500mA。

图6:功率驱动板硬件原理框图它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络,使用户可方便的用来保护被驱动的MOS门功率管。

器件的门极驱动信号产生互锁延时时间,可以防止同一桥臂上、下两个功率管同时导通。

它自身工作和电源电压的范围较宽(3—20V),在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器,电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用,亦可只用其内部的3个低压侧驱动器,并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。

2.3.3 电流检测电路首先,电流的检测是用分压电阻R来实现的,经运算放大电路放大后送人DSP的ADC输入端,A/D转换的最大转换电压为3V,每一次PWM 周期对电流采样一次,PWM的周期设为50µs,即电流的采样频率为20KHz。

其次,要确定何时对电流采样。

直流无刷电机采用全桥双极性驱动,即两个对角开关管的上、下桥臂开关管都采用PWM控制,开关管在PWM周期的“开”瞬间,电流上升并不稳定,也不宜采样,所以电流采样时刻在PWM周期的“开”期间的中部,如图7所示,对V1、V6开关管的控制的波形。

电流检测电路的设计主要是分压电阻参数、电压跟随等的设计,由于采用的直流无刷三相电机,故需要有三个电流通道。

图7:PWM控制时电阻压降波形2.3.4霍尔换相电路为了保证得到恒定的转矩,必须要对三相直流无刷电机进行换相。

掌握好恰当的换相时刻,可以减少转矩的波动。

电机的换相信号是通过三个霍尔传感器得到的。

每个霍尔传感器产生180。

脉宽的输出信号,如图8所示三个霍尔传感器的输出信号互相差120。

相位,在每个机械旋转中共有六个上升或下降沿,正好对应六个换相时刻。

只是知道换相时刻还不能正确换相,还需要知道应该换哪一相。

TMS320F2812的捕捉端口设置为I/O口,并检测该口的电平状态,就可以知道哪一个霍尔传感器的什么沿触发的捕捉中断。

捕捉端口的电平状态称为换相控制字,换相控制字和换相的对应关系参照软件没计。

霍尔换相电路就是对从霍尔传感器输出信号进行滤波,电平转换电路。

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