雙余度無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)探究

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1、雙余度無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)探究摘要：在復(fù)雜工況條件下，由于維修不便，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的可靠性要求較高。雙余度無(wú)刷直流電機(jī)則能較好的解決此問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了基于DSP的雙余度無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)DSP控制器的硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置、速度和電流的檢測(cè)，給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案及控制策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。結(jié)果表明,該控制系統(tǒng)，硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快，具有良好的控制性能及動(dòng)態(tài)特性。關(guān)鍵詞：雙余度無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)DSP中圖分類號(hào):TM33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1007-9416(2012)11-0029-031、引言無(wú)刷直流電機(jī)是電

2、力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和永磁材料技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，高性能永磁體的采用簡(jiǎn)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高了電機(jī)的功率密度，電子換向線路取代機(jī)械換向線路提高了電機(jī)的可靠性和易維護(hù)程度，同時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高不再受機(jī)械換向的影響［1］。是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的新一代航空、航天電機(jī)的重要發(fā)展方向，其驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)的研究被廣泛研究⑵。余度技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性和安全性的一種手段，在故障出現(xiàn)時(shí)仍能完成系統(tǒng)任務(wù)［3］。這在航空航天、井下礦用等工作環(huán)境中，不能或者很難維修的情況下，雙余度無(wú)刷直流電機(jī)對(duì)于提高工作的可靠性就起到很大的作用［4］。本文依據(jù)雙余度無(wú)刷直流電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種雙余度無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效的

3、解決了兩套余度同時(shí)工作的問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的控制性能和動(dòng)態(tài)性能。2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器的核心為DSP芯片，它完成霍爾信號(hào)邊沿跳變的捕獲，換向邏輯的計(jì)算，功率管脈寬調(diào)制信號(hào)的輸出，電壓電流傳感器輸出模擬信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換。上位機(jī)與主控芯片DSP之間通過(guò)RS232總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制指令的傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主控芯片本控制系統(tǒng)的核心部件是DSPTMS320F28335,具有高性能外設(shè)的32位浮點(diǎn)型微處理器。它集成了浮點(diǎn)單元簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程并將控制應(yīng)用的速度平均提高50%o28335是目前廣泛使用的2812的換代產(chǎn)品［5］。3.2

4、系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求一路270V直流供電，需要對(duì)控制系統(tǒng)各部分進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。除3.3V轉(zhuǎn)1.9V的電源芯片外，其它芯片都為DC/DC模塊。270V轉(zhuǎn)24V電路原理圖如圖2所示。3.3DSP電源和時(shí)鐘圖3為DSP電源電路原理圖。電源包括內(nèi)核電源、10引腳電源和FLASH電源。采用TPS76801Q將3.3V轉(zhuǎn)換成1.9V。外部晶振產(chǎn)生30M的時(shí)鐘,接入外部時(shí)鐘輸入引腳XCLKINo引腳XI接地。3.4I/O電路輸入信號(hào)包括按鈕開(kāi)關(guān)、霍爾信號(hào)，輸出信號(hào)為PWM和故障指示信號(hào)。10電路如圖4所示。SI、S2、S3為開(kāi)關(guān)信號(hào)，分別控制A余度啟停、B余度啟停和正反轉(zhuǎn)信號(hào)。為復(fù)位信號(hào)。輸出P

5、WM1?PWM6控制電機(jī)A余度，PWM7?PWM12控制電機(jī)B余度。ECAP1?ECAP3為A余度霍爾位置信號(hào),ECAP4?ECAP6為B余度霍爾位置信號(hào)。D1?D7為系統(tǒng)指示燈，可用于指示系統(tǒng)的運(yùn)行情況。3.5驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路采用三相橋?qū)Ｓ玫募沈?qū)動(dòng)芯片IR2130。門(mén)極驅(qū)動(dòng)供電壓為10?20V。A余度的驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如圖5所示。3.6電流檢測(cè)電路為了能夠使用電流分析法進(jìn)行電機(jī)故障識(shí)別，需要設(shè)計(jì)高精度的電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路如圖6所示，分別為相電流檢測(cè)和線電流檢測(cè)電路。3、7A/D轉(zhuǎn)換電路DSP的AD模塊為12位，可以對(duì)模擬信號(hào)快速進(jìn)行多路AD轉(zhuǎn)換。進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的信號(hào)有模擬

6、的轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，母線電壓信號(hào)和線電流、相電流信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換的原理圖如圖7所不O4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序聲明和初始化系統(tǒng)變量，聲明中斷服務(wù)程序和需要調(diào)用的子函數(shù)。主程序程序流程圖如圖8所示。聲明變量和函數(shù)，并將中斷服務(wù)程序與中斷向量表聯(lián)系，使能中斷，初始化外設(shè)模塊。系統(tǒng)初始化完成后，主程序查詢標(biāo)志位的改變，執(zhí)行相應(yīng)的操作。標(biāo)志位的改變通過(guò)按鍵輸入、SCI接收數(shù)據(jù)以及程序自身的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)由TMS320F28335DSP芯片構(gòu)成的雙余度無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為一臺(tái)雙余度無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速2000r/min,額定電壓270V,4對(duì)極。其空載雙余度開(kāi)環(huán)

7、電流如圖9所示。在帶0.4N/m的負(fù)載時(shí)，其電流波形如圖10所示。兩個(gè)余度的空載和負(fù)載電流波形顯示，兩余度的電流形狀和幅值一致性好。6、結(jié)論采用TMS320F28335DSP芯片設(shè)計(jì)了雙余度永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)試和工程實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快，具有良好的控制性能及動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)該系統(tǒng)還具有體積小、重量輕，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于防爆、防腐、航空、航天等可靠性要求高的特殊場(chǎng)合。參考文獻(xiàn)[1]LawlerJS,BaileyJM,Mc