基于DSP的无刷直流电机控制系统设计概要

《装备制造技术》2009年第3期
设计与计算
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电机控制是DSP应用的重要领域之一,基于DSP
的无刷直流电机控制器的双控制单元结构可以提高系统的运行效率,故本设计采用TM S320LF2406和P89LPC932来协调工作,完成其控制器的功能。其中,

中完成,可以利用其运行控制算法速度快的特点。同时利用单片机完成人机界面的 主要的控制算法在DSP 交互。

根据控制器的开发要求,我们将其分为五个部分(具体结构如图1:
(1控制单元:根据系统的运行设定参数以及系统的实时
运行状态来实现对无刷直流电机的自适应调整控制;
(2
电机功率驱动以及系统保护单元:主要完成的是对PWM
波的放大和检测,当电机运行出现异常时,驱动芯片IR2130就会根据反馈的信息产生报错信号,并同时使六个电机驱动端口输出强制置低,锁定电机起到保护作用;

(3检测单元:采集电机运行的相关信息,包括主回路的电流信号、主驱动电压信号、电机转速及转相,并经多路光电隔离回送给DSP主控制器;
(4远程控制扩展单元:包括实现现场总线远程控制扩展和PC机监测通信扩展; (5人机界面部分:实现对系统实时运行监控,根据运行情况的改变进行必要的人为调整。

基于DSP的无刷直流电机控制系统设计
于军,陈亮明
(江汉大学,湖北武汉430056
摘

控制单元的控制器的硬件结构、软件流程以及相要:分析了永磁无刷直流电动机的运行原理及数学控制模型,同时讨论了基于双 关键词:DSP ;无刷直流电动机(BLDC ;MOSFET ;控制器中图分类号:TM302

文献标识码:A
文章编号:1672-545X(200903-0041-02
收稿日期:2008-12-10作者简介:于军(1969—
,男,河南三门峡人讲师,硕士,武汉理工大学博士生,主要从事电气传动、测控技术研究。

图1系统硬件结构图
VAC输入

整流分流稳压MOSFET 逆变器BLDC电动机保护电路PWM驱动电路电压、电流检测速度检测
相位检测
数字量输入
光电隔离数字量输出光电隔离
模拟量输入光电隔离
数字量输入光电隔离
FAULT

PWM ADC 电机状态捕捉口

SPI模块CAN模块
SCI模块DSP串行通信驱动SCICAN 控制器驱动
单片机P89LPC932
键盘输入
单片机串行通信驱动SCI

PC 机现场总线PC 机 液晶显示LCD12864

系统硬件机构图
其中,在PWM逆变驱动部分,我们采用了IR2130专用MOSFET驱动芯片。DSP控制器产生的PWM信号经IR2130,由5V电平信号转变为15V电平信号,以达到MOSFET 管的栅极驱动电压值。电机主回路的48V直流,经由6MOSFET
功率管逆变桥进行DC/AC变换来驱动电机运转。电机每相的驱
动电流,由大电流采样电阻回流到IR2130,同时IR2130根据这个回馈电流值来判断电机的运行状态,若是电机出现异常,则IR2130会在FAULT
端产生一个报错信号返回给控制器,同时还会将输入锁死,输出置低,使电机停止。当控制器对错误信息进行调整之后,驱动系统复位,控制器重新产生正确的
驱动信号,这时IR2130取消出错锁死状态重新开始工作,电机再次进入正常工作

状态。在DSP 控制器部分,电机上电后,DSP 根据检测到的无刷直流电机输出的霍尔电平状态,来决定如何开启M OSFET 功率管。 总线接口。

2无刷直流电动机的动态特性和数学模型
无刷直流电动机的动态特性可由下列方程组来描写:
U-△U =E α+IR T α=K T I T α-T L =GD 2
·dn
Eα=K e n

(1 式中:

TL 为电动机的负载阻转矩;
GD2为电动机转子飞轮力矩(N·m 2;GD 2=4gJ (J 为转动惯量。

可求得其传递函数为:
n(s =K 11+T e s U -K 21+T e s
T
L
(2
式中:

K 1=l /K e ;K 2为转矩传递函数;K 2=R /K e K T ,T e 为电磁时间常数;T e K 1为电动机传递函数; =RGD 2/(375K e K T 。

我们采用如图2的软件结构,完成其相关的控制算法及
其相关运行参数的采集和控制。

结合以上设计的硬件电路以及软件控制算法,对无刷直流电机的控制采用三三通的电机运行方式,测得了相关运行
状态时序图:三相霍尔位置相序图(见图3、无刷直流电机三相电压驱动时序图。

4无刷直流电机的启动 在无刷直流电机静态启动时,必须得进行降压启动。否

则,容易造成启动电势过高,电机无法正常启动。

无位置传感器无刷直流电机,是利用激磁电势来决定换流时序的。当转子静止或低速时,激磁电势为零或太小,无法利用。因此,电机必须以他控式同步电动机方式起动、加速,最后切换至运行状态。电机启动流程图如图4所示。

5结束语
本文讨论了无刷直流电机的DSP和单片机的双控制单元
的控制器的设计,分析了其启动过程,给出了其三三通的运行方式的驱动时序图。

参考文献:

2006,(2:143-145.[2]Jacobs,J.Powerful Micromotor [J].Mechanical [1]陈仕高,牛利勇.DSP 在直流无刷电机中的应.微计算机信息[J].微计算机信息, 永磁无刷直流电动机位置伺服系统[M].上海:上海交通大学出版社,2005.

图2控制系统的软件结构
软件体系
系统初始化DSP主控制程序
M CU控制程序
中断服务程序
寄

存器设置、变量初始化
电机系统智能主控程序
主回路检测子程序系统通信驱动程序
人工监测子程序
系统状态显示子程序
过电流中断处理子程序过电压中断处理子程序
系统报错中断处理子程序
电机相位检测启动子程序

SPI通信子程

序
图3三相霍尔位置相序图
图4
电机启动主程序流程图

系统复位系统初始化启动电机启动程序

连续N次检测到过零点
调同步运行程序
电机停转调电机制动程序
Y
N
Y
N
结束

Y N Design for Brushless DC Motor Control System Based on DSP

YUJun ,CHEN Liang-ming
(JianghanUniversity,Wuhan 430056,China
Abstract:Thisarticle analyzes the operating principle and mathematical model forcontrol of BLDC,and at the same time discusses the hardwarestructure,software flow process and relevant debugging process of thecontroller based on the dual control unit.Key words :DSP;brushless AD

motor;M OSFET;controller

[4]吴雪梅,景占荣,史永奇.基于DSP
的直流无刷电机控制技术研究[J].机械与电子,2005,(3:50-52.

[5]张琛.直流无刷电机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,1996.

[6]张瀚,陈智渊.C2000DSP实验装置的研制[J].仪器仪表学报,2005,(2:220-222,234.

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(上接第42页
多功能群体钻夹具与主机的对接,有着很高的位置性和配合精度,使多功能群体钻夹具在切削运动中,

多孔齐钻,而且能完成齐扩、齐锪、齐铰等孔加工项目的技术性能和要求。 能保持着良好的稳定性、和切削精度。所以,它具有在同一工位上不但能完成

要结构组成和工作原理。该夹具在同一工位上可以完成等距或不等距的多孔齐钻、
多孔齐扩、齐锪、齐铰等加工内容,减少了工件和刀具的换装,从而提高了工作效率和加工质量。该种多功能群体钻夹具已获得实用新型专利(ZL2.6。

参考文献:
[1]王光斗,王春福.机床夹具设计手册(第3版[M].上海:上海科学技术出版社,200

0.	[2]徐锦康.机械设计[M].北京:机械工业出版社,2001.

Designof Multi-Function Group Drilling Jig

WANGWen-zhi ,WANG Tong-yue ,BU Yun-feng

(Departmentof M echanical Engineering,Huaiyin Institute of Technology,HuaianJiangsu 223003,China,

Abstract:Akind of multi-function group drilling jig is introduced.The jig hasthe feature of adjusting hole distance and
drilling,expanding,counterboring,reaming multi-holes at the same time on the same workinglocation.By using the device,the working efficiency c an be increasedgreatly.

Key words :multi-function;group;drilling jig