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基于DSP無刷電動機控制系統(tǒng)設計

作者: 時間:2009-09-24 來源:網絡 收藏
0 引 言
眾所周知,直流調速性能好,但存在機械換向裝置易造成換向火花、電磁干擾及需要定期維護等不足;同步效率高,功率因數可調,但存在啟動困難,重載時易振蕩失步等問題。
隨著電力電子技術、計算機技術和新型永磁材料的不斷發(fā)展,為提出一種利用電子換向原理實現永磁無刷控制創(chuàng)造了條件。特別是近幾年推出的數字信號處理器()芯片,解決了原來微處理器結構復雜,單片微處理速度達不到實時系統(tǒng)控制的要求,為無刷電動機的復雜算法提供了軟硬件基礎。

1 系統(tǒng)結構和工作原理
無刷電動機屬于一種自控同步電動機,它主要由電機專用高速處理器芯片、轉子位置傳感器、邏輯驅動電路、功率電子開關、電流和電壓檢測等裝置組成。控制的無刷電動機系統(tǒng)結構如圖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驅動專用集成芯片IR2130;逆變橋采用三相橋式電路;轉子位置檢測器利用霍爾元件檢測,并利用位置信號估算轉子的轉速,以實現轉速閉環(huán)控制。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/163555.htm

無刷電動機的轉子采用永磁體,產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)而產生旋轉磁場。無刷電動機的關鍵是如果選擇轉子位置檢測器,當電動機定子電樞系統(tǒng)直接由轉子轉速控制。當電動機速度降低時,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,由無刷電動機調速特性可知,調節(jié)直流電壓Ud的大小,可以改變電動機的轉速性能,這與有刷直流電動機有相似的機械特性。

2 硬件
2.1 設計
電動機控制系統(tǒng)采用速度外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制,兩個反饋環(huán)節(jié)的調節(jié)器都采用PID數字調節(jié)器,如圖2所示。計算電動機轉子轉速的目的是為了實現轉速調節(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同步調節(jié)器。電流調節(jié)器、速度調節(jié)器的計算除了調節(jié)器設定的PID參數KP,kI和kD外,還要設定PWM周期參數等。

2.2 DSP控制板
DSP控制板由ADI公司生產的專用DSP芯片ADMCF328、硬件控制與恢復電路等組成。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/數轉換、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,實現電流的閉環(huán)控制。芯片與IR2130驅動電路、轉子位置檢測器、鍵盤和計算機等外設備連接,可實現無刷電動機的實時控制和運行監(jiān)視。

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