基于DSP的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
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關(guān)鍵詞:無刷直流電機(jī),DSP,TMS320F2812,MC33035
引言
無刷直流電動(dòng)機(jī)從上世紀(jì)70年代末開始引起了從事電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)學(xué)者的重視。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)有很多形式，近年來國外學(xué)者多集中于對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及其控制問題上進(jìn)行研究。以單片機(jī)為核心組成的數(shù)字控制電路調(diào)速控制能力強(qiáng)，但只能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外環(huán)數(shù)字控制，而DSP則可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的控制。
TMS320C28x系列是TI公司最新推出的32位定點(diǎn)DSP芯片，它既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的時(shí)間管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合[1]。
在無刷直流機(jī)速度控制系統(tǒng)中，為使調(diào)試者實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行信息，需實(shí)時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流等信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和加工處理[2]?？刂七^程復(fù)雜，控制算法計(jì)算量較大，因此本系統(tǒng)選擇了數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的DSP芯片TMS320F2812作為控制核心，再結(jié)合MC33035專用控制集成芯片，設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)無刷直流電機(jī)調(diào)速器。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)針對的是高速無刷直流電機(jī)，原則上本系統(tǒng)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限沒有限定，實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為5萬轉(zhuǎn)，電機(jī)功率為5kw。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為方便用戶操作設(shè)計(jì)了通信和JOG（手動(dòng)）兩種模式。通信模式使用戶在電腦前就可以方便地對電機(jī)進(jìn)行操作，設(shè)置電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、加速度以及顯示電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速等;而在沒有電腦時(shí)，用戶也可以通過JOG模式對電機(jī)進(jìn)行鍵盤操作，用以設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
資助基金：國家自然科學(xué)基金（70271001）
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制的無刷直流電機(jī)采用霍爾元件作為位置反饋機(jī)制，從反饋的脈沖信號中獲得位置信息和轉(zhuǎn)速情況?？刂坪诵腄SP根據(jù)采集到的實(shí)際轉(zhuǎn)速，修正控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。此外，系統(tǒng)從電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器件IGBT處獲得電流信息。通過綜合這三個(gè)信息，使得整個(gè)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠地工作。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
各部分之間信號線的連接通過光耦隔離，光耦兩端連接如圖3所示。這里采用的光耦是TLP521，它的隔離電壓是2500V。在本系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)部分的最高電壓是300V，2500V可以保證系統(tǒng)工作的絕對安全。圖3中光耦是按正邏輯連接的，即輸入1，輸出也是1。除TLP521外，在通信線的連接處使用了幾顆高速光耦6N127。
2.1控制部分
控制部分的核心器件是TMS320F2812，制作時(shí)使用了一塊ICETEK-2812-B板（帶有2812的DSP開發(fā)板），除帶DSP外，還有一顆電源管理芯片，將外接5V轉(zhuǎn)為3.3V為系統(tǒng)供電。
2812從電機(jī)處采集轉(zhuǎn)速、電流反饋信號和位置反饋信號，DSP綜合這三個(gè)信號輸出對外的控制信號。從驅(qū)動(dòng)部分反饋的過流信號是一個(gè)0、1信號，DSP在工作時(shí)始終監(jiān)視這一信號，一旦監(jiān)視到1，即表示電機(jī)過載，則立即給出一個(gè)讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的信號，以免損壞電機(jī)和調(diào)速器。
DSP輸出的轉(zhuǎn)速控制信號是一個(gè)數(shù)字量，用D/A將此數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓量給MC33035用以調(diào)速。系統(tǒng)中選用了12位的串行D/A（TLV5616），后加一級放大（LM358），使輸出電壓可根據(jù)不同電機(jī)的要求進(jìn)行放大。
TMS320F2812與PC間的通信是通過485總線完成的。在工業(yè)控制中，485總線應(yīng)用非常普遍，傳輸距離遠(yuǎn)而且性能穩(wěn)定，所以本系統(tǒng)選擇485總線進(jìn)行傳輸。
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