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1、一种基于DSP的永磁无刷直流电动机调速系统的研究一种基于DSP的永磁无刷直流电动机调速系统的研究ronggang导语：本文首先设计了基于DSP的无刷直流电动机调速系统，其次，设计了无刷直流电动机的全数字双闭环调速控制;最后，针对实际系统存在的各种误差，提出将先进的模糊控制策略和传统的PID控制相结合的方法摘要：本文首先设计了基于DSP的无刷直流电动机调速系统，其次，设计了无刷直流电动机的全数字双闭环调速控制;最后，针对实际系统存在的各种误差，提出将先进的模糊控制策略和传统的PID控制相结合的方法，可以使系统的动态性能和稳态精度都得到进一步的进步，并利用Matlab/Simulink软件进展了仿
2、真。随着计算机，微电子技术的开展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制策略也发生了深入的变化。传统的模拟控制方法已逐渐被以微控制器为核心的数字控制方法所取代。本文介绍的就是基于DSP的永磁无刷直流电动机伺服系统的模糊控制仿真研究。2硬件系统的设计本系统中利用DSP实现永磁无刷直流电动机的全数字双闭环控制。给定转速与速度反应量形成偏向，经速度调节后产生电流参考量，它与电流反应量的偏向经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电动机的速度控制。电流的反应是通过检测电阻R上的压降来实现的。速度反应那么是通过霍尔位置传感器输出的位置量，经过计算得到的，同时位置传感器输出的位置量还用于换相控制
3、。系统的原理框图如图1所示。图1系统原理框图在本系统中，控制器是其核心部件，它不仅要完成外部信号的处理，电机驱动信号的给定，更重要的是完成整个系统的控制策略。本系统以TMS320LF2407A器件为控制核心，充分利用TMS320LF2407A的高速信号处理才能和电机控制优化的外围电路，具有控制精度高，抗干扰才能强且本钱较低等优点，可以为高性能传动控制提供可靠高效的信号处理与硬件控制。基于DSP的控制系统框图如图2所示。图2基于DSP的控制系统框图3全数字双闭环调速控制系统的设计如图3是用TMS320LF2407ADSP实现永磁无刷直流电动机调速的控制和驱动电路。其中，三个位置间隔120度分布的
4、霍尔传感器H1、H2、H3经整形隔离电路后分别与TMS320LF2407A的三个捕捉引脚CAP1、CAP2、CAP3相连，通过产生捕捉中断来给出换相时刻，同时给出位置信息。align=center图3DSP控制和驱动电路/align由于电动机每次只有两相通电，其中一相正向通电，另一相反向通电，形成一个回路，因此每次只须控制一个电流。用电阻R作为电流传感器，将其安放在电源对地端，就可方便地实现电流反应。电流反应输出经滤波放大电路连接到TMS320LF2407A的ADC输入端ADCIN00，在每一个PWM周期都对电流进展一次采样，对速度PWM占空比进展控制。TMS320LF2407A通过PWM1P
5、WM6引脚经一个反相驱动电路分别连接到V1V6等六个开关管，实现定频PWM和换相控制。3.1电流检测电流传感器是伺服系统中的一个重要元件。它的精度和动态性能直接影响着系统的低速性能和快速性。电流检测的方法有电阻检测，光祸检测等，本系统采用磁平衡原理实现的霍尔元件检测电流的方法。所用器件为霍尔效应磁场补偿式电流传感器。它是国际上推荐为电力电子线路中的关键电流检测器件。它把互感器、磁放大器、霍尔元件和电子线路的思想集成一体。具有测量、反应、保护三重功能。它实际上是有源电流互感器，它的优点是“磁场补偿，被测量的原边磁场同测量绕组里的测量磁势，实时补偿为零，也就是讲，铁芯里实际上没有磁通，因此其体积可
6、以做得很小，而不怕有铁芯饱和，不用担忧频率、谐波影响。之所以二者的磁势能被充分补偿，是由于霍尔效应的作用。一旦二者不平衡，霍尔元件上就会有霍尔电动势产生。它就作为以15V供电的差分放大器输入信号，放大器的输出电流即为传感器的测量电流，自动迅速地恢复磁势平衡，即霍尔输出总保持为零。这样电流的波形忠实的反映原边被测电流的波形，只是一个匝比的关系。3.2位置检测本系统中，位置信号是通过三个霍尔传感器得到的。每个霍尔传感器都会产生180脉宽的输出信号，如图4所示。三个霍尔传感器的输出信号互差120相位差。这样它们在每个机械转中共有6个上升沿或者下降沿，正好对应着6个换相时刻。通过将TMS320LF24
7、07A设置为双沿触发捕捉中断功能，就可以获得这6个时刻。align=center图4霍尔传感器的输出波形/align需要留意的是，只有换相时刻还不能正确换相，还需要知道应该换哪一相。通过将TMS320LF2407A的捕捉口CAP1CAP3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。3.3速度计算利用光电编码器的检测信号，由DSP计算出电机转速。可以根据DSP的CAP/QEP引脚捕捉的A相和B相的信号，根据任意一相信号的上升沿及下降沿所对应的时间值可以方便的计算出速度值。也可以根据检测到的在固定时间内的脉冲数，与固定时间之比即为电机的速度值。速度计算和
8、速度调节所使用的参数存放在数据区300H开场的6个单元中，AR2作为数据的地址指针。各单元存放的变量如表1所列。表1300H开场的6个单元中存放的变量4自适应模糊PID控制器的设计及系统仿真在本设计方案中，PID参数自整定的思想就是先找出PID控制器的三个参数KP、KI、KD与误差绝对值|E|和误差变化率绝对值|EC|之间的模糊关系，在运行中通过不断检测|E|和|EC|，在根据模糊控制规那么来对三个参量进展在线修改，以知足不同|E|和|EC|对控制器参数的不同要求，进而使被控对象具有良好的动，静态性能。自适应模糊PID参数控制系统框图如图5所示。align=center图5自适应模糊PID控制
9、系统仿真框图/align在Simulink环境对图5所示的自适应模糊PID控制系统进展编辑，得到如图6所示的系统仿真框图。在系统仿真时，经过分析，可得出被控对象的传递函数为：Gs=1/2s2+3s+1。在系统输入端给一个阶跃信号，然后按Simulink仿真的正确步骤选择计算步长、模拟示波器X/Y轴参数等进展仿真运算，最后得出它的阶跃响应曲线如图7所示。align=center图6自适应模糊PID控制系统仿真框图图7系统阶跃响应曲线/align5完毕语从仿真曲线图可以看出，DSP和自适应模糊PID控制策略相结合使系统的响应速度更加快、调节精度更高、稳态性能更好，并且没有超调和振荡，具有很强的鲁棒性。