基于ARM和DSP的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng).pdf

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第34卷第3期2008年3月北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVd．34No．3Mar．2008基于ARM和DSP的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)王雷，蔣靜坪(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院。杭州310027)摘要：為了提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，基于TI公司的DSP控制器——TMS320F240設(shè)計(jì)了一套無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，并采用Fuzzy-Pl復(fù)合控制策略完成了對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制；基于SAMSUNG公司的ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器——S3C4510B設(shè)計(jì)了一套嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。并以

2、連入網(wǎng)絡(luò)的PC機(jī)為客戶控制端，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制．研制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制功能，驗(yàn)證了·設(shè)計(jì)的有效性和可行性．關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；數(shù)字信號(hào)處理器；模糊控制；嵌入式系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)控制中圖分類號(hào)：TM383文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0254—0037(2008)03—0271一06無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等特點(diǎn)，在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用．傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制電路多采用單片機(jī)系統(tǒng)．由于單片機(jī)本身處理速度慢、指令功能不強(qiáng)等缺陷，無(wú)法滿足高性能系統(tǒng)的要求【11．

3、本文采用美國(guó)德州儀器(TI)公司設(shè)計(jì)的DSP控制器——TMs320F240作為主控芯片，設(shè)計(jì)了一套無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，并針對(duì)常規(guī)PI控制和模糊控制(Fuzzy)的不足，采用了Fuzzy—PI復(fù)合控制策略，從而有效地提高了調(diào)速系統(tǒng)的性能．以PC為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的系統(tǒng)價(jià)格昂貴、功耗高、體積大、抗擾性差，本文采用SAMSUNG公司的ARM嵌入式系統(tǒng)控制器——S3C4510B作為主控芯片設(shè)計(jì)了一套嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制，從而為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制提供了一種新型的、低功耗的、低成本的、小體積的、實(shí)時(shí)性好的電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方案．1基于DSP的無(wú)

4、刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于ARM和DSP的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示．轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置向DSP系統(tǒng)控制板輸出3路轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，光電編碼盤向DSP系統(tǒng)控制板輸出用于測(cè)速的2路正交光電編碼脈沖信號(hào)．DSP系統(tǒng)控制板和IPM(intelligentpowermodule，記為IPM)功率變換板主要完成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制功能．ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器板一邊通過(guò)局域網(wǎng)與PC客戶機(jī)控制端相連．另一邊通過(guò)Rs232串行通信與DSP系統(tǒng)控制板相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制．嗣1爝無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)DSP系統(tǒng)L．—_J轉(zhuǎn)子位茸檢測(cè)控制板II和光電編碼盤

5、ARM嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器板局域網(wǎng)圖l網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖Fig．1Blockdiagramofnetworkcontroldrivesystem收稿日期：2006．12—18．基金項(xiàng)目：浙江省科技計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2004C31084)；教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20030335002)．作者簡(jiǎn)介：王雷(1967一)，男，河北石家莊人，博士生，副教授．萬(wàn)方數(shù)據(jù)北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2008年1．1DSP系統(tǒng)控制板的硬件設(shè)計(jì)以TMS320F240為核心器件設(shè)計(jì)的DSP系統(tǒng)控制板的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示．10M有源晶振

6、l復(fù)位電路

7、

8、JTAG接口轉(zhuǎn)子位置信號(hào)74LS06光電編碼

9、脈沖信號(hào)TM$320F240}叫8279鍵盤接口llLED接口功率變換板H74LSl4IlMAX232H串行接口COM圖2DSP系統(tǒng)控制板的硬件結(jié)構(gòu)FM．2HardwareblockdiagramofDSPsystemcontrol’H起動(dòng)限流電阻濾波U——礦——W屯●‘電壓比較器==了1PM31POCMSJ060I．，叫能裂動(dòng)INL鮮LDSP系統(tǒng)控制板接口圖3IPM功率變換板的硬件結(jié)構(gòu)Fig．3Hardwareblockdia鯽ofIPMpowerconverterboard在這塊線路板中。選用10MHz的有源晶振，經(jīng)TMS320F240片內(nèi)的PLL電路倍頻后，系統(tǒng)

10、時(shí)鐘的頻率為20MHz．TMS320F240經(jīng)過(guò)緩沖電路與液晶顯示器(LcD)相接，LCD是由HD44780為顯示驅(qū)動(dòng)芯片的2行16列的字符式LCD．鍵盤和LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片8279經(jīng)過(guò)譯碼和驅(qū)動(dòng)電路與鍵盤和LED顯示器相接．由光電式位置傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)經(jīng)過(guò)74LS06的驅(qū)動(dòng)和整形與TMS320F240的CAP(捕獲)引腳相連．用于測(cè)速的正交光電編碼脈沖信號(hào)與TMS320F240的QEP(正交編碼)引腳相連．TMS320F240中經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生的用于控制IPM中6個(gè)IGBT管子導(dǎo)通的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)74LSl4的驅(qū)動(dòng)和整形與IPM功率變換板接口相連