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工业控制

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的研究与设计
2021-05-19
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引言

  传统上把具备梯型波反电势的永磁同步电机称为直流无刷电机。直流无刷电机的转矩扼制需求转子位相信息来成功实现管用的定子电流扼制。并且,对于转速扼制,也需求速度信号,运用位置传感器是直流无刷电机向量扼制的基础,不过,位置传感器的存在也给直流无刷电机的应用带来众多的欠缺与不方便:首先,位置传感器会增加电机的大小和成本;其次,串线很多的位置传感器会减低电机运行的靠得住性,即使是如今应用多的霍尔传感器,也存在一定程度的磁不聪明感区;再次,在某些卑劣的办公背景、例如在严密封闭的空调压缩机中,因为制冷剂的强腐蚀性,常理的位置传感器根本没有办法运用;,传感器的安装还会影响电机的运行性能,增加了出产的工艺困难程度。

  无位置传感器扼制技术是近30年来无刷直流电机(BLDCM)研讨的一个关紧方向。叙述分析了国里外BLDCM无位置传感器扼制的研讨目前的状况。着意绍介了到现在为止应用和研讨较多的几种常理办法的基本原理、成功实现路径、应用途合以及优欠缺等,并对他们作了综合剖析和比较。无位置传感器扼制就是在没有机械式位置传感器的事情状况下施行的扼制。此时,作为逆变器开关换向导通时序信号的转子位相信号还是是必必需的,只然而不再由位置传感器来供给,而应当由新的位相信号检验测定处理办法来接替,即以增长电路和扼制的复杂性来减低电机结构的复杂性。

  到现在为止,BLDCM无位置传感器扼制研讨的是构架转子位相信号检验测定电路,从软硬件两方面间接取得靠得住的转子位相信号,因此被触动引发导通相应的功率部件,驱动电机运转。到到现在为止截止,在很多的位相信号检验测定办法中,应用和研讨较多的主要有定子电感法、速度无关位置函数法、反电势法、基波电势换向法和状况测候器法等。

  1基于反电势的转子位置检验测定方案

  无刷直流电机(BushlessDC摩托,BLDCM)具备无换烤火花、运行靠得住、保护便捷、结构简单等长处,故而在众多场合获得了广泛应用。不过传统的BLDCM需求一个附带加上的位置传感器来扼制转子位置,这给其应用带来了众多不顺利的影响。BLDCM的无位置传感器扼制在近30年中一直是国里外较为热门儿的研讨课题[1]。到现在为止,对于BLDCM的无位置传感器扼制,针对不一样的性能要求和应用途合,许多人已经提出了多种不一样的扼制理论和成功实现办法,例如定子电感法、速度无关位置函数法、反电势法、基波电势换向法、状况测候器法等。本文在简单扼要叙述分析BLDCM无位置传感器扼制研讨目前的状况的基础上,周密绍介了到现在为止应用和研讨较多的几类办法的基本原理、成功实现路径、应用途合及优欠缺。

  当电机速度大于零时,每个电周期内某相反电势为零的位置只有两个,可以从图1所示经过过零点时反电势的斜率来区别这些个位置,每一段对应电周期内的60°区间。换向发生在每一段的边界处,反电势过零点和需求换向的位置之间有30°的偏移,需求对其施行偿还。

图1反电势过零点

  图1反电势过零点

  在任一时候只有两通连电,且流经这两相的电流相反,图2所示为W相用于反电势检验测定时的事情状况。当U相内流经正向电流(定义为流向星型连署核心点的电流),V相内流经负相电流时,对应图1中区间6Q和1Q时,此置位的1动作。如果通电相的两端老是对称地作别连署到DC电源地两个端点上,则星型连署核心点的电压老是1/2VDC,与加在这两个通电相绕组上的电压极性无关。

图2 W相用于反电势检验测定

  图2 W相用于反电势检验测定

  上面所说的办法很容易经过硬件成功实现,即通不为己甚压电路对三相的端电压和VDC作别施行采集样品,并将采集样品值送入比较器的比较端口,获得的过零点时候即为1/2VDC的时候。运用一个可用的定某相反电势通过时器勘测60°(即两次反电势过零点之间)的时间。

  2DSP扼制方案的系统成功实现

  2.1TMS320LF240x芯片简介

  TMS320LF240x系列DSP是TI企业为满意大范围的数码马达扼制(DMC)应用而预设的。该芯片具备高性能的16位定点DSP内核,认为合适而使用改进的哈佛总线结构,具备专门的硬件乘法器,认为合适而使用逝川平面接触线操作,具备30MIPS的处置有经验,大部分数指令在单周期内即可执行完成。TMS320LF240x可以成功实现用软件代替摹拟部件,完成复杂的扼制算法,便捷地改正扼制策略,修正扼制参变量,能满意无传感器直流无刷电机扼制系统对实时扼制的要求。

  2.2DSP扼制系统的硬件成功实现

  DSP系统由TMS320LF2407A与仿真口(JTAG)等外围电路构成。DSP内里已有32K字的FlashROM,但为了调整的便捷(FlashROM中的手续不可以设置断点,且需专门的手续),外加了手续RAM,在手续经多次调整,成熟靠得住时可写人内里的FlashROM,经过设置相应的跳线,DSP复位时即可从内里的FlashROM来执行手续。DSP片上有544字的双口RAM(DARAM),所有配备布置到数值空间,将手续中次数多存取的变量分配到这局部双口RAM中,以增长处置的速度。DSP片上还有2K字的单口RAM(SARAM)配备布置到数值空间,也用来储存安放临时变量。

  图3是依据前述扼制原理预设的基于DSP的直流无刷电机扼制系统。该系统主要由直流无刷电机、功率变换器电路、电机转子位置检验测定电路、各种尽力照顾电路以及以TMS320LF240x为的数控器等构成,那里面功率变换器电路由整流滤波电路、逆变器电路(IPM功率板块)和相应的尽力照顾电路组成。

图3DSP扼制系统

  图3DSP扼制系统

  逆变器电路中的IPM板块集成了多种尽力照顾功能,如电流通过压尽力照顾、欠电压尽力照顾以及过流尽力照顾等,当达到尽力照顾阈值时,IPM板块经过FO引脚输出一个低电一般信件号,并将此低电一般信件号送入DSP的PDPINTx引脚,被触动引发功率驱动尽力照顾中断,将全部PWM输出引脚设置为高阻态,以资来关断驱动信号,起到尽力照顾电路的效用。

  转子位置检验测定电路认为合适而使用1/2电压采集样品法来成功实现,对电机的三相端电压及直流母线间电压作别施行采集样品,并将采集样品最后结果送入比较器施行比较,因此获得过零点的时候,其最后结果送入DSP的捕猎端口中。

  2.3DSP扼制系统的软件预设

  本扼制系统认为合适而使用速度、电流双闭环的扼制结构。因为认为合适而使用了面向电机扼制的高速DSP,不管是速度环的预设,仍然电流环的成功实现,以及各种反馈信号的处置和PWM扼制信号的萌生,均认为合适而使用了数码信号处置技术,用软件成功实现硬件电路的功能,完成直流无刷电机的实时扼制。

  扼制系统的软件预设主要涵盖DSP起初化手续和电机扼制手续两局部。DSP起初化手续主要完成系统报时的钟的设定,中断矢量的定义,I/O端口的起初化,扼制寄放器的设置以及各功能板块的起初化等;电机扼制手续主要负责电机的开始工作扼制、速度电流双闭环扼制、系统监控和故障处置等,因为这个电机扼制手续涵盖开始工作子手续、电流和位置检验测定中断服务子手续、速度扼制子手续、电流扼制子手续、PWM调制子手续以及系统监控和故障处置子手续等。

  施行各种反馈信号的检验测定是构成双闭环扼制的前提。位相信号、电流信号的检验测定作别由位置检验测定中断服务手续和电流检验测定中断服务手续来成功实现,转速的检验测定经过软件计算间接取得。为了增长系统的动态性能和稳态。其扼制环路简图如图4所示。

图4电流和速度扼制环路

  图4电流和速度扼制环路

  PWM调制子手续依据检验测定到的转子位相信号和电流信号经过事情管理器(EV)萌生PWM调制信号。经过定时器扼制寄放器TxCON中的位标准样式将通用定时器的统计标准样式设置为蝉联增/减统计标准样式以萌生对称的PWM波形。

文章来自:www.ipcb.cn  爱彼电路(iPcb®)是专业高精密PCB电路板研发生产厂家,可批量生产4-46层pcb板,电路板,线路板,高频板,高速板,HDI板,pcb线路板,高频高速板,IC封装载板,半导体测试板,多层线路板,hdi电路板,混压电路板,高频电路板,软硬结合板等

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