基于dsp無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)

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1、基于DSP無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)　　摘要：本文詳細介紹了一種基于DSP的無位置傳感器無刷直流電動機的控制原理，給出了控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計方案；使用DSP處理器的控制系統(tǒng)不僅可以改善電動機的調(diào)速性能，而且可以降低整個系統(tǒng)成本。關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；反電動勢；無位置傳感器；DSP中圖分類號：TP732文獻標識碼：A文章編號：1引言無刷直流電動機是一種結(jié)合了直流電機和交流電機優(yōu)點的改進型電機，它調(diào)速性能好，運行效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單、維護方便；但它需要一個附加的位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子位置，從而給逆變橋提供必要的換相信號，位

2、置傳感器的加入，將會增加電動機的成本，并且降低電動機的可靠性。本文介紹基于DSP的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置信號是通過硬件電路和軟件算法獲得，因此系統(tǒng)的調(diào)速性能不僅得到改善，而且系統(tǒng)的成本得到降低。2控制原理2.1無位置傳感器無刷直流電動機工作原理5無刷直流電動機的無位置傳感器DSP控制系統(tǒng)主要由電動機、反電動勢過零檢測電路和DSP控制電路組成。電動機的定子繞組分別與功率開關(guān)器件相連，永磁磁鋼置在轉(zhuǎn)子上，當定子繞組的某一相通電時，與轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子磁鋼轉(zhuǎn)動后，其磁力線反

3、過來切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過硬件檢測電路檢測各相的反電動勢過零點，就可得到轉(zhuǎn)子的位置，延遲30°電角度，即電動機的準確換相位置。2.2反電動勢原理及算法本文以具有梯形反電動勢波形的三相直流無刷電機為例，系統(tǒng)采用兩兩導(dǎo)通、三相6狀態(tài)的PWM調(diào)制方式，電機在任何時刻只有兩相繞組導(dǎo)通。如圖1所示為無刷直流電動機定子繞組端的一相等效電路和三相反電動勢波形。其中L是相電感，R是相電阻，E是反電動勢，Un是電動機定子繞組的中性點對地電壓，Ua、Ub、Uc是三相輸出端對地電壓。依圖1建立的三相端電壓平衡方程為：Ua=R×Ia＋

4、L×dIa／dt＋Ea＋Un(1)Ub=R×Ib＋L×dIb／dt＋Eb＋Un(2)Uc=R×Ic＋L×dIc／dt＋Ec＋Un(3)5反電動勢過零點發(fā)生在繞組不通電的那60°電角度期間，因此只需檢測不通電的那一相繞組的反電動勢波形，現(xiàn)假設(shè)A相和B相導(dǎo)通，C相不導(dǎo)通，A、B兩相電流大小相等，方向相反，C相電流為零。如圖1反電動勢波形的1--2區(qū)，Ia=﹣Ib=I，Ic=0,將(1)、(2)式相加可得：Un=1／2×(Ua＋Ub)(4)(3)式可簡化為：Ec=Uc－Un(5)將(4)式代入(5)式可得：Ec=Uc－1／2(Ua＋Ub)(

5、6)同理可得到：Ea=Ua－1／2(Ub＋Uc)(7)Eb=Ub－1／2(Ua＋Uc)(8)由(6)、(7)、(8)式可求出反電動勢過零點，再延遲30°就是電動機的換相點。圖1定子繞組等效電路與反電動勢波形2.3無位置傳感器無刷直流電動機的起動無位置傳感器無刷直流電動機的DSP控制系統(tǒng)是通過檢測繞組中的反電動勢過零點作為轉(zhuǎn)子的位置信號，但當電機不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動很慢時將無法檢測到反電動勢信號，系統(tǒng)就無法運行；因此必須通過其他方式先使電動機轉(zhuǎn)動起來。本系統(tǒng)用的是預(yù)定位方式啟動，將預(yù)先設(shè)定的兩相繞組通以持續(xù)的電流，經(jīng)過一定的時間后轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)到一個

6、預(yù)知的位置，以此作為轉(zhuǎn)子磁極的初始位置，然后按照該相位關(guān)系輸出PWM觸發(fā)脈沖，導(dǎo)通功率開關(guān)器件，進入閉環(huán)控制狀態(tài)。3系統(tǒng)硬件組成5直流無刷電動機定子繞組為三相Y形連接，功率驅(qū)動電路采用三相全控橋電路。DSP控制器是系統(tǒng)的核心，主要完成PWM信號的產(chǎn)生、電動機轉(zhuǎn)子位置估算和換相。DSP控制器輸出六路PWM控制信號，通過柵極驅(qū)動電路放大后向各功率管送去，使其得到導(dǎo)通和關(guān)斷的驅(qū)動信號，實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)動控制。電動機轉(zhuǎn)動后，產(chǎn)生反電動勢，反電動勢過零檢測電路將檢測到的信號送給DSP控制器，經(jīng)DSP處理器運算、處理后得到電動機轉(zhuǎn)子換相的信號，DS

7、P再根據(jù)這些信號產(chǎn)生適當?shù)腜WM控制電動機。4系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖如圖2，首先實現(xiàn)系統(tǒng)初始化，包括DSP初始化，系統(tǒng)參數(shù)、變量的初始化，寄存器初始化。初始化完成，系統(tǒng)等待運行狀態(tài)，當按下啟動鍵后，電機就處于起動狀態(tài)，這時的電機處于開環(huán)控制狀態(tài)，既反電動勢檢測電路是斷開的，根據(jù)預(yù)定位得到定子、轉(zhuǎn)子的相位關(guān)系后輸出PWM觸發(fā)脈沖，起動結(jié)束，進入閉環(huán)控制狀態(tài)。DSP處理器根據(jù)反電動勢檢測電路檢測到的信號，得到轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過延遲、換相驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，然后與給定的速度進行比較，得到速度誤差信號，再經(jīng)過處理器的處理，產(chǎn)生適當?shù)腜WM控制

8、信號，通過柵極驅(qū)動電路放大后加到電動機的三相功率電子開關(guān)電路，實現(xiàn)對直流無刷電動機的轉(zhuǎn)速控制。圖2系統(tǒng)軟件流程圖55結(jié)束語本文介紹了無位置傳感器無刷直流電動機的DSP控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件流程，無位置傳感器的實現(xiàn)主要在