dsp應(yīng)用于無傳感器的直流無刷電機的控制

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1、爹嬸瑚萬方數(shù)據(jù)DSP用于無傳感器的直流無刷電機的控制曹宏偉-，鄧澤生z，鄔偉楊。(1．河北匯能電力電子有限公司，石家莊050000；2燕山欠學，秦皇島066004)摘要：介紹了由數(shù)字信號處理器(DsP)TMs320c240組成的電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點，描述了無位置傳感器的直流無刷電機(BLDcmotor)的控制方案和逆變器的硬件電路，給出了控制算法、軟件結(jié)構(gòu)和試驗結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流無刷電機；反電動勢：數(shù)字信號處理器；逆變器；位置傳感器中圖分類號：TN492文獻標識碼：B文章編號：1003—353X(20叭)05．0034．051前言傳統(tǒng)上把具有梯形波反電勢的永磁同步電機稱為直流

2、無刷電機¨-“。直流無刷電機以其結(jié)構(gòu)簡單，無機械磨損，高效和低的電磁干擾等突出的優(yōu)點日益得到廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的無刷電機都需要一套復(fù)雜的位置傳感器，這對電機的可靠性、制造工藝要求和電機的尺寸都帶來不利的影響。因此，使用無位置傳感器的直流無刷電機成為目前的發(fā)展趨勢。為了實現(xiàn)無位置傳感器的直流無刷電機的控制，一般采用直接檢測電機繞組中的梯形波反電勢來確定轉(zhuǎn)子的位置。要做到精確的控制需要相當復(fù)雜快速的運算，～般的微處理器做不到這一點。但是，數(shù)字信號處理器以其強大運算功能使這種控制方式成為現(xiàn)實。TMS320c24x系列是美國TI公司專門為電機控制設(shè)計的專用芯片。它包括一個定點的DsP

3、芯核和專用的外圍控制電路。此芯片能對包括無位置傳感器的無刷電機在內(nèi)的多種電機進行完善的控制。減少力矩波動和諧波，在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)具有良好的機械特性。2THS320C240芯片簡介TMs320C240是TI公司專為電機控制設(shè)計的基于20MIPs的定點DSP芯核的單片控制器，其指令兼容TMs320c2xx系列，向上兼容TMs320c5x系列，具有良好的可移植性。它采用34半導(dǎo)體枝采第26謄帶5期哈佛結(jié)構(gòu)，獨立的讀寫數(shù)據(jù)總線和地址總線，支持并行的程序和數(shù)據(jù)操作數(shù)尋址，50ns的指令周期，單周期的乘加指令，可進行許多復(fù)雜的運算。其結(jié)構(gòu)如圖lI3j。2．1事件管理器事件管理器包括多達12

4、路的PwM脈沖單元，全比較單元輸出的6路死區(qū)時間可編程的PwM脈沖，可作為交流感應(yīng)電機或直流無刷電機的三相功率放大器的輸入信號，還可以控制開關(guān)磁阻電機和永磁同步電機。而比較單元的3路PwM脈沖和定時器比較單元的3路PwM脈沖可用于功率因數(shù)校正和諧波抑制等。此外事件管理器還包括定時器、捕獲，比較單元、死區(qū)控制邏輯、空間矢量PwM發(fā)生器和編碼單元。2．2片內(nèi)外設(shè)TMS320C240的片內(nèi)外設(shè)包括兩路A，D轉(zhuǎn)換、兩個串口、看門狗定時器和實時中斷定時器。兩個帶采樣保持的8路lO位川D轉(zhuǎn)換器可用于處理反饋速度、位置、電壓、電流等模擬信號。異步和同步的串行通訊接口可與cPu或其它微控制器連接

5、。另外它還有28個可編程的I，O口。DsP因其強大的運算功能，對直流無刷電機可進行無傳感器控制，減少系統(tǒng)元器件的數(shù)量，降低成本，其優(yōu)勢很多：·可運行高品質(zhì)的控制算法，減少力矩波動，從而降低振動和噪聲；二oo一豐五井煳萬方數(shù)據(jù)圈lTMs320c240芯片的結(jié)構(gòu)·減少諧波干擾，從而降低濾波電路的成本；·可運行無傳感器的算法，省去速度和位置傳感器；·可執(zhí)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯控制，用于控制多變量和復(fù)雜的系統(tǒng)。3直流無尉電機的控制3．1控制方案解決直流無刷電機的有效力矩和速度控制的關(guān)鍵是力矩和反電動勢(BackEMF)的關(guān)系問題。這個關(guān)系類似于Dc電機的反電動勢等式。直流無刷電機的反電動勢

6、大小可表示為如下等式【1jE=12NrB∞力矩等式?可表示為：7-：f!iz些1一仁且z塑1+f竺口訂。門l2do¨2d8Jl口J式中Ⅳ是每相線圈圈數(shù)；，是轉(zhuǎn)子的長度；r是轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑，占是轉(zhuǎn)子的磁場密度，∞是電機的角速度，i是相電流，L是相電感，日是轉(zhuǎn)予位置，胄是相電阻。力矩表達式中前兩項是寄生的磁阻轉(zhuǎn)矩因子，第三項產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)矩(mutualtorque)，此轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生直流無刷電機的有效轉(zhuǎn)矩?？傊?，反電動勢的大小直接正比于電機的轉(zhuǎn)速，力矩的大小幾乎直接正比于相電流。由以上相對比較簡單的關(guān)系，我們確定以下的直流無刷電機的控制方案，如圖2。圈2BLDc電機速度和電流控制環(huán)路踟mrcon

7、duacor豫曲n叫?！?0W．26肋占j5黔蝴萬方數(shù)據(jù)在這種控制方案中．某一時刻，電機的三相中只有兩相通過電流，從而產(chǎn)生力矩，在反電動勢過零點則不產(chǎn)生力矩。這種控制結(jié)構(gòu)具有只需要一個電流傳感器、電流傳感器可使用低成水的分流電阻且每一時刻只需控制一個電流的優(yōu)點。這種控制方案有三個控制環(huán)路最內(nèi)部的一個環(huán)路獲得轉(zhuǎn)子的位置從而正確進行換棍第二個控制環(huán)路調(diào)節(jié)定子磁場的大小，定子磁場的大小正比于流過定子線圈的電流，控制定子線圈的電流即可控制定子磁場的大小最外部的環(huán)路是速度控制環(huán)路。32無位