基于DSP的無刷直流電機(jī)智能控制系統(tǒng)研究

　摘要： 介紹了TMS320LF2407 DSP在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，采用了模糊控制策略，設(shè)計(jì)了上位監(jiān)控系統(tǒng)，給出了數(shù)字化、智能化的實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)踐結(jié)果證明了系統(tǒng)的平穩(wěn)性和快速性滿足要求。

　　1 引言

　　永磁無刷直流電機(jī)具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)，又具有直流電機(jī)調(diào)速性能好、運(yùn)行效率高、無機(jī)械換向等優(yōu)點(diǎn)，使它在機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、儀器儀表
儀器儀表

　　廣義的說儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、報(bào)警、信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，如氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀、電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)等也皆屬器儀表。儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。如顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級(jí)計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)等，可以擴(kuò)展人的視、聽、嘗、摸外部事物的官能；有些儀器儀表，如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等，可感受和測(cè)量到人所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計(jì)算和計(jì)數(shù)，如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。 [全文]

等各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是采用了DSP數(shù)字信號(hào)處理器、電子換向器、光電編碼器等，使得無刷直流電機(jī)的數(shù)字化、智能化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能，也是當(dāng)今研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。但由于無刷直流電機(jī)本身存在非線性、數(shù)學(xué)模型難以建立等問題，單純用傳統(tǒng)的PID難以獲得較好的速度控制效果；加上以往用單片機(jī)
單片機(jī)
　　單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）的簡(jiǎn)稱，是一種將中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)集成到一塊硅片上構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 [全文]

實(shí)現(xiàn)，線路復(fù)雜、速度慢，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化控制。

　　本設(shè)計(jì)是在我所研制的DSP數(shù)字控制實(shí)踐開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以TMS320LF2407 DSP控制器為核心；以無刷直流電機(jī)為被控對(duì)象；以模糊PI為智能控制策略；以霍爾電流傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

及光電編碼器為檢測(cè)手段，利用DSP速度快、運(yùn)算能力強(qiáng)、資源豐富的優(yōu)勢(shì)，對(duì)無刷直流電機(jī)的控制與應(yīng)用進(jìn)行了研究。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)由“PC上位機(jī)、TMS320LF2407 DSP控制器、功率驅(qū)動(dòng)模塊、無刷直流電機(jī)、檢測(cè)單元、通訊接口”等組成，如圖1所示。

　　2.1 DSP控制器

　　TMS320LF2407是一種具有高速的運(yùn)算能力與面向電機(jī)高效控制的數(shù)字信號(hào)處理器，集成了針對(duì)電機(jī)控制所需要的CPU、片內(nèi)RAM、ROM/FLASH、SCI、事件管理器等功能模塊資源。CPU具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，高速的運(yùn)算能力，可完成復(fù)雜的控制算法與先進(jìn)的控制策略；SCI串行通訊接口與PC上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，完成程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集及上位監(jiān)控等功能；事件管理器的通用定時(shí)器用于產(chǎn)生電流和速度控制周期；16位脈寬調(diào)制PWM通道產(chǎn)生的信號(hào)供給驅(qū)動(dòng)模塊IGBT，通過調(diào)整PWM的占空比，進(jìn)行電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的控制；10位A/D轉(zhuǎn)換接口用于測(cè)量電機(jī)的定子電流；正交編碼器接口QEP用于接收光電編碼器的反饋信號(hào)并計(jì)算轉(zhuǎn)速；5個(gè)外部實(shí)時(shí)中斷用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)和復(fù)位；3個(gè)捕捉單元可對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)等，這些資源為實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)數(shù)字化、智能化的研究與應(yīng)用提供了極大方便，也是目前具有競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字電機(jī)控制器。

　　2.2 無刷直流電機(jī)

　　采用1500轉(zhuǎn)/分，1.78A，27V電壓供電的無刷直流電機(jī)，定子為三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子是永磁體結(jié)構(gòu)，采用星形接法兩相通電三相6狀態(tài)運(yùn)行方式。當(dāng)定子繞組兩相通上方波電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)垂直時(shí)，則產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)定子電流需要不斷換相，才能保證兩個(gè)磁場(chǎng)下的電流方向不變，因此通過控制三相定子電流的通電順序和大小，就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。