ADMCF340的永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ADMCF340的永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 0 引言 直流無刷電機(jī)實(shí)際屬于永磁同步電機(jī)，一般轉(zhuǎn)子為永磁材料，隨定子磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。這種電機(jī)構(gòu)造簡單，而且由于移去了物理電刷，使得電磁性能可靠，維護(hù)簡單，從而被廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、家電等領(lǐng)域。直流無刷電機(jī)的運(yùn)行過程要開展兩種控制，一種是轉(zhuǎn)速控制，也即控制提供應(yīng)定子線圈的電流；另一種是換相控制，在轉(zhuǎn)子到達(dá)指定位置改變定子導(dǎo)通相，實(shí)現(xiàn)定子磁場(chǎng)改變，這種控制實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了物理電刷的機(jī)制。因此這種電機(jī)需要有位置反應(yīng)機(jī)制，比方霍爾元件、光電碼盤，或利用梯形反電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn)開展反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)等。電機(jī)速度控制也是根據(jù)位置反應(yīng)信號(hào)，

2、計(jì)算出轉(zhuǎn)子速度，再利用PI或PID等控制方法，實(shí)時(shí)調(diào)整PWM占空比等來實(shí)現(xiàn)定子電流調(diào)節(jié)。因此，控制芯片要開展較多的計(jì)算過程。當(dāng)然也有專門的直流無刷電機(jī)控制芯片，但一般來說，在大多數(shù)應(yīng)用中，除了電機(jī)控制，總還需要做一些其他的控制和通信等事情，所以，選用帶PWM、同時(shí)又有較強(qiáng)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能的芯片也是一種很好的選擇。 ADI的數(shù)字信號(hào)處理器ADMCF34X系列整合了通用數(shù)字信號(hào)處理器快速運(yùn)算功能和單片機(jī)外圍豐富的特點(diǎn)，使得該系列特別適合于那些要求有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)又要有較多控制功能的應(yīng)用中，對(duì)直流無刷電機(jī)的控制就是這一系列DSP的典型應(yīng)用之一。 1 ADMCF340芯片簡介 ADMCF340集

3、成了一個(gè)20 MIPS定點(diǎn)DSP內(nèi)核和一整套外部接口。其中的DSP是完全與ADSP-2100系列數(shù)字信號(hào)處理器兼容的，這為熟悉ADSP-2100系列的用戶使用該控制器帶來了便利。 ADMCF340包括一個(gè)三相16位基于中心點(diǎn)脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器，可編程脈寬調(diào)制，脈沖分辨率達(dá)50 ns，可編程窄脈沖檢測(cè)，開關(guān)頻率可至153 Hz，雙單脈沖工作時(shí)間更新方式控制，死區(qū)可編程控制器；13個(gè)模擬輸入通道，高達(dá)12位的分辨率；3個(gè)雙極性模擬電流Isense輸入引腳，并具有可編程采樣和保持放大器以及過電流保護(hù)；兩個(gè)可用于模擬量輸出的輔助PWM輸出通道；25個(gè)引腳數(shù)字輸入輸出IO口，均可獨(dú)立配置成中斷源輸

4、入，可用于捕捉直流無刷電機(jī)的換相。 2 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)造 對(duì)BLDC電機(jī)的控制可分為兩個(gè)分立的過程。 ，保持轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)同步； 第二，控制定子的電流值。這兩個(gè)過程都要經(jīng)過逆變器實(shí)現(xiàn)。磁場(chǎng)同步信號(hào)來自于位置傳感器，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置DSP處理器決定適當(dāng)?shù)木w管的導(dǎo)通。 電流控制一般采用PWM模式，根據(jù)電流誤差信號(hào)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比。因此，電流值和電流的變化率都可以被控制。電流取樣電路僅用一只串聯(lián)取樣電阻即可完成。如圖1所示，其阻值由電機(jī)的電流決定，即分壓電阻上的壓降不超過0.5 V。圖1中RC電路有兩個(gè)作用，一是濾掉換相噪聲，二是濾掉斬波噪聲。 3 控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)造 對(duì)于直流無刷電機(jī)的控制

5、，軟件上的內(nèi)容是主體。本文中三相直流無刷電機(jī)采用PID算法實(shí)現(xiàn)全數(shù)字雙閉環(huán)控制。即給定轉(zhuǎn)速與速度反應(yīng)量形成偏差，即速度調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考量，它與電流反應(yīng)量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度控制，如圖2所示。 軟件主要包括兩個(gè)模塊，初始化模塊和運(yùn)行模塊。初始化模塊只在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行，運(yùn)行模塊式一個(gè)等待循環(huán)，等待PWM中斷和換相中斷。等待循環(huán)中也可寫入用戶控制程序?？傮w構(gòu)造如圖3所示。每一個(gè)PWM周期都產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，并讀取1次AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果。中斷服務(wù)流程如圖4所示。由變量PWM_count開展中斷計(jì)數(shù)。每四個(gè)中斷開展1次PWM脈寬調(diào)節(jié)。PWM中斷服務(wù)程序執(zhí)行需要30個(gè)CPU周期，大約1.5s。 直流無刷電機(jī)的換相由捕捉中斷子程序完成。在捕捉中斷子程序中完成了速度計(jì)算、讀取換相控制字和換相操作。 4 結(jié)語 ADI的數(shù)字信號(hào)處理器ADMCF34X系列憑借著較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)*富的外圍，尤其是25個(gè)可獨(dú)立配置成IO口或中斷的PIO口、PWM調(diào)制以及13路12位AD