基于dsp芯片的永磁無刷直流電機控制器
汪 銳1，許靜宇2
（1．廣東工業大學，廣東 廣州 510090; 2．清華大學，北京 100084）
摘 要：介紹了以dsp芯片tms320c240為核心的永磁無刷直流電機控制器的設計，其主要內容涉及其核心電路
的構成、功率開關元件的驅動等硬件電路和軟件編程。
關鍵詞：永磁無刷直流電機；dsp控制器；tms320c240芯片
中圖分類號：tm381;tm301.2 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)04-0027-03
1 引 言
電機是一個量大面廣的基礎產品，應用于各個領域，產量很大，永磁無刷電動機又是電機的發展方向。永磁直流無刷電機是近年來隨著電子電力器件及新型永磁材料而迅速成熟起來的一種新型機電一體化電機，既具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便，又具備直流電機那樣良好的調速特性而無機械式換向器，現已廣泛應用于各種調速場合。永磁直流無刷電機體積小，轉矩高，可靠性好，在工業中將得到廣泛的應用[1]。無刷電機控制系統原理圖如圖1所示，主要由永磁直流無刷電機、轉子位置檢測器、電流檢測、控制器和功率逆變電路等四部分組成。
永磁無刷直流電機控制器的結構已有多種形式。最初采用分立元件組成龐大復雜的模擬控制電路進行驅動，由于模擬元件控制系統不僅對溫度變化敏感、易老化，而且系統升級因難，因此已被逐漸淘汰。以單片機為核心組成的數字控制電路調速控制功能強，但存在運算速度慢的缺陷[2]，本文介紹以新型的dsp芯片tms320c240為核心的無刷直流電機控制器，它不僅具有較強實時運算能力，并且集成了電機控制的外圍部件，組成的系統所需外圍電路簡單，抗干擾能力強，特別適用于對控制器體積性能要求較高的場合[3]。
2 直流無刷電機控制系統方案
直流無刷電機控制系統采用主從式結構，采用pc作為上位機，進行命令的發送并進行實時監控。以dsp芯片tms320c240為核心構成的無刷直流電機控制系統為下位機，控制系統采用pwm方式控制電機的轉矩和轉速，采用霍爾元件檢測轉子位置，以功率mosfet場效應管作為功率變換器件。上位機和下位機采用串行通訊傳輸數據，下位機根據命令對無刷直流電機進行控制。整個控制系統結構簡單，具有高可靠性和可擴充性。
系統控制框圖如圖2所示，采用串級控制，分為速度環（外換）和電流環（內環）。內環和外環均采用pid算法，保證系統為無靜差系統，并且有較好的動態和靜態特性。內環調節時，根據當前測量的電流與計算值的差值調節pwm斬波輸出的參數，然后根據電機的啟動電流和****電流對其進行限幅，并根據當前轉子的位置選擇mosfet管，輸出正確的觸發脈沖對。外環則根據速度反饋和給定值進行調節，使系統具有較好的性能。
3 控制系統硬件設計
3.1 功率主回路控制系統硬件設計
3.1.1功率輸入整流回路設計
控制的無刷直流電機為具有梯形反電勢的三相無刷直流電機，采用12v直流供電。它的轉子為一對永磁磁極，相電感為40mh，在5000r/min時的****允許電流為4. 3a，轉距常數為17. 2mnm／a。系統需要給元刷直流電機及控制部件提供電源，輸入的功率較大，采用普通的變壓器濾波方式體積較大，因此采用開關電源提供12v和5v電源。12v電源同時提供給無刷電機和前置驅動器的電源。功率回路直接接到12v電源上，為了保證前置驅動器電壓的穩定，使用up7812對電壓進行穩壓后再供給ir21315。5v電源為tms320c240等芯片的電源。
3.1.2功率驅動電路設計
功率驅動電路為三相全控橋，采用international rectifier金司的irfp054n功率mosfet管，全控橋的前置驅動器則采用ir2131s。ir2131s具有獨立的3個上側和下側驅動器，能方便驅動三相全控橋，而且可經受600v的暫態電壓的沖擊，并有過流保護等功能。
從tms320f240來的pwm輸出信號直接輸出到前置驅動器ir 2131s的輸入端。ir 2131s的輸出通過一個電阻直接與功率mosfet管的控制極相連，實現對全控橋的控制。在系統剎車時，關閉pwm輸出，設置急停mosfet管的 |
