无刷直流电动机的无位置传感器数字控制系统设计方案研究

无刷直流电动ｉＩｉ几的无位置传感　器数字控制系统设计方案研究　摘要：本文提出了采用ＤＰＳ数字信号处理器并辅以单片机的无刷直流电动机的无位置　传感器数字控制系统设计方案。该方案既可降低电路的复杂性，又可获得较高的性价比。　关键词：三相无刷直流电动机；ＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７Ａ；无位置传感器控制　江苏１引育　一仲文祥　时间的一半作为设定值。当该定时器超时　时，绕组将按照前面介绍的方式进行换相。　即Ｙ绕组被驱动为高电平，Ｂ绕组保持低　电平而Ｒ绕组将不通电　■　般三相无刷直流电机是在定子上安　装位置传感器来检测转子相对于定子所处　的位置，并根据检测到的位置信号来决定　电机换相输出，这样既增加了电机制造工　艺复杂性又加大了电机实际运行时故障　率。近年来，随着单片机性能的不断完善，　：：：　０　一一　●　ｌ　，０　＾＾＾　特别是高速、高性能的数字信号处理器的　出现为无刷直流电动机的无位置传感器数　字化控制系统的设计开辟了广阔的前景。　文提出的控制系统采用以　ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ为控制核心、辅以８９Ｃ５　１　Ｔ∞　．＿　＝：　＾　Ｏ　３　●　５　＿一　５　图２无位置传感器控制原理　３数字控制系统的硬件结构框圈　ＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７Ａ是ｒＩ’Ｉ公司推出的低　２．２无位置传感器控制原理　ＥＭＦ可用作切换电机绕组ＰＷＭ换相的控　的双ＣＰＵ结构，主要南ＤＳＰ部分、数据交　换部分和单片机部分等组成。　２数字控制系统原理　２．１系统控制原理框图　价格、高性能定点１６位数字信号处理器。　的哈佛总线结构，使用流水线作业，具有　在未通电绕组上检测到的反电动势　该芯片具有高性能的ＣＰＵ内核，采用改进　制信号。图２显示了典型无位置传感器控　２０ＭＩＰＳ的处理能力，大多数指令在单周期　每一个区间　即可执行完。同时ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ可以实　系统采用数字转速、电流双闭环控制　制的换相原理图。在此方法中，结构。由于采用了面向电机控制的高速数　内对未通电相绕组上的反电动势ＥＭＦ电　现用软件取代模拟器件、实现复杂的控制　字信号处理器，无论是速度控制器的设计，　压进行检测。当此电压经过“中点”或“过零　规律，方便的修改控制策略、修正控制参　　还是电流控制器的实现，以及各种反馈信　点”时，即检测到过零发生。控制算法即可　数，能满足系统实时控制的要求。号的处理和ＰＷＭ控制信号的产生，均采　知道此时位于６Ｏ度电角度区间的中点月．　以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ　ＤＳＰ为控制核心　用了数字信号处理技术，用软件实现硬件　距离下一次换相还有３Ｏ度电角度。每一个　的无刷直流电动机数字控制系统的硬件结　　构如图３所示　电路的功能，实现无刷直流电动机的实时　区间所需的时间（６Ｏ度电角度）称为Ｔ６０。圈当检测到过零点时，定时器将装载一个数　控制。　　羹　“　・－　控制原理框图如图１所示　值为Ｔ６０的一半的设定值。当定时器发生　超时时，将产生中断并实现下一次绕组换　相。此控制方法称为无刷直流电机（ＢＬＤＣ）　的无位置传感器控制。　ＬＩ————　一　瞳帅Ｌ，１ｗ　—　ｌ『面　ｉｉ　；｝一・　ｌ　ｌ　ｌ皇Ｉ　一　亩　面　鲴　３系统硬件结构框图　例如，在区间１中，将监视Ｙ绕组的　粤！　ｉｉ－口　—：■　图１控制原理框图　过零点。当过零发生时，定时器将装入Ｔ６０　维普资讯 http://www.cqvip.com

应的控制宁来改变ＰＷＭ信号的当前值，　从而改变直流电机驱动电路中功率管的导　通顺序．实现对电动机转速和转动方向的　罔４软件框图　４．１初始化程序　仞始化程序包括ＤＳＰ和单片机各自　本文提¨；的以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ为控　制核心、辅以８９Ｃ５ｌ的双ＣＰＵ结构，充分　利川了Ｉ）ＳＰ的高速运算能力和丰富的片　『＾Ｊ外设资源，在保证对电机控制的实时性　控制。转速榆测是通过对转子转动位置的　检测，通过软件汁算而ｌ只１Ｊ接获得。　（２）电流检测设计　的初始化程序，主要完成各自系统时钟的　没定、中断ｒ口Ｊ量的定义、Ｉ／Ｏ端口的初始化、　同时，有效地简化ｒ硬件设计，该方案具有　较高的性价比。　采用处于逆变器低电压与地之间的采　参考文献　［１］张渡，严仰光，朱震莲　稀土永磁　方波无刷直流电动机调速系统的实验研　样电阻进行电流检测，得到一个止比于电　流的电压信号．将电压信号输出端隔离后　接至ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ白带Ａ／Ｄ转换模块。　（３）隔离驱动电路设计　究．南京航空航天大学学报．　［２］张波，朱震莲，严仰光．稀土永磁　方波无刷直流电机的运行和控制特性研　采用　：相全控桥式的控制方式。功率　ＭＯＳＦＥＴ管采用ＩＲＦＰＯ５４Ｎ，并采用ＩＲ２１３０　作为全控桥的驱动电路。　究．电工技术杂志，１９９７．　［３］陈国呈编著．ＰＷＭ变频调速及　软开关电力变换技术版社．２００１．３．　ＩＲ２１３０芯片＿口Ｉ同时控制六个大功率　管的导通和关断顺序，通过输出ＨＯ１，２，３　分别控制■相全桥驱动电路的上半桥Ｖ１、　Ｖ３、Ｖ５的导通关断，而ＩＲ２１３０的输ｍ　ＬＯ１，２，３分别控制ｊ相全桥驱动电路的下　北京：机械工业出　［４］张琛．直流无刷电动机原理及应　用，７～１０，机械工业出版社，１９９５．　［５］孙礼朋，王田苗，刘敬猛，魏洪兴．　基于ＤＳＰ的网络化无刷直流电动机控制　系统．电子技术应用２００５．１２．　半桥Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６的导通关断，从而达到控　制电机转速和正反转的日的。　３．２数据交换部分的没计　数据交换部分通过双¨ＲＡＭ　（作者单位：无锡机电高等职、Ｉ　技术学　校自动化工程系）