基于DSP的无刷直流电机速度控制系统

在该设计方案中，功率电子主回路采用两两通电方式，在任意时刻，电流仅仅流人三相绕组中的两相，因此从另一角度看，只需控制一个电流，亦即只需要一个相电流检测传感器。在本系统中，使用一个旁路电阻检测各项的电流。该电阻位于三相全控功率变换电路的下端功率桥臂与地之间，同时起到一个功率变换电路的过电流保护作用。电阻上的压降信号经过放大以后，送到TMS320F240片上的某一路A／D转换通道，经过A／D转换以后，得到合适的电流信号。在A／D转换结束以后，A／D转换模块向CPU发出一个中断请求信号，等待CPU对该电流信号的检测。每隔50μs，DSP对相电流进行采样，从而实现了频率为20 kHz的电流调节环。根据电流误差，PID控制器在每个PWM周期开始时，对PWM脉冲的占空比进行调节。

3.2磁极的位置检测

采用DSP控制电机时，无需再设计专门的PWM调制电路，因此选用TMS320LF2407A DSP来实现三相无刷直流电机调速的控制和驱动电路。本设计方案中，使用了3个位置间隔120°分布的霍尔传感器，由霍尔器件所输出的转子位置信号送到功率变换电路后，直接送至TMS320LF2407A的捕获单元进行处理，每个霍尔传感器的输出与捕获单元的一个输入引脚相连。通过产生捕捉中断来给出换相时刻，同时给出位置信息，实现定频PWM和换相控制。3个霍尔传感器输出3个180°的交叠信号，每个输出信号的上升沿和下降沿都被检测到，从而产生6个强制换向信号，每2个换向信号之间相差60°。在本方案中，片内通用定时器2用作捕获单元的时基，定时器2设为连续计数模式，其周期寄存器(T2PER)被设定为0FFFEH，预定标因子被设定为128；当CPUCLK=20 MHz时，定时器的这种设置使得电动机的最小可调整转速为24 r／min。

3.3 速度检测

根据位置传感器的输出信号，可以计算得到电动机的转动速度。转子旋转一周的时间内，霍尔器件共产生6个换向信号。在2个换向信号之间存在60°机械角度，当前的转速可通过下式计算得到：

n=△θ／△T

式中，θ为机械角度；T为转子转过θ所花费的时间。

捕获单元对每个霍尔器件输出信号的两个边沿都进行检测，当上升沿被捕获到时，捕获单元设置相应的中断标志。在中断服务子程序中，CPU首先判断所检测到的是上升沿还是下降沿，然后计算从上次边沿被检测到以来所经过的时间T，根据该时间实现绕组电流的换向。由于霍尔传感器相对于电动机转子而言位置是固定的，2个换向信号之间的轴偏移是常数θ。

4系统软件设计

主程序主要是初始化DSP所需要用到的控制寄存器(包括设定系统时钟、系统状态寄存器等)、初始化I／O端口(包括设定LF2407A片内多路复用的I／O口功能及其极性)、初始化中断设置(确定系统所需要用到的中断类别及中断源)、检测电机的初始位置以及初始化需用到的控制变量等。

中断程序主要包括调节子程序、ADC转换中断子程序(位置调节子程序，速度调节子程序，电流调节子程序)，如图4和图5所示。

图6为积分分离式PID控制算法流程图，在位置环控制时采用此算法。通过DSP检测出给定位置信号和实际反馈位置信号的偏差e(k)，根据实际情况，认为设定阈值ε>0；当∣e(k)∣>ε时，采用PD控制，可避免产生较大的超调，又使系统有较快的响应；当∣e(k)∣≤ε时，采用PID控制，保证系统的控制精度。

5结语

本文应用TI公司的TMS320LF2407A DSP设计了一个基于位置、速度、电流三闭环结构的直流无刷电机控制系统，并对直流无刷电机的原理及其控制算法进行了研究。经分析，该系统不仅成本低，易于实现并且性能稳定，方便扩展，无论是对工程实践还是对电机调速方面的研究都有重要意义.