基于dsPIC30F2010的无刷直流电动机控制系统设计

张冉，王秀和，王道涵，刘士勇

    (山东大学，山东济南250061)

    摘要：介绍基于Microchip公司的数字信号控制器dsPIc30F20lO设计的无刷直流电动机的控制系统，阐述了利用这种数字信号控制器控制无刷直流电动机的原理，详细介绍了该控制系统的硬件结构与软件流程。实验结果证明了该控制系统的可行性。

    关键词：数字信号控制器；ds PIc30心010；无刷直流电动机；控制系统

    中图分类号：TM33  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)05—0030—02

O引  言

    无刷直流电动机是随着电力电子技术的发展而出现的新型机电一体化电动机。它既具有直流电动机的机械特性和调节特性，又具有交流电动机维护方便、运行可靠等优点，在电子设备、工业驱动和控制、军用和航天领域取得了日益广泛的应用^[1]。MIcROc HlP公司的数字信号控制器是单片嵌入式控制器，它集成了单片机的控制功能以及DsP的计算能力，具有丰富的外设和强大的数字信号处理性能。此外，灵活的c语言再编程能力和低引脚封装形式使数字信号控制器成为控制领域的理想选择。本文介绍了基于数字信号控制器dsPIc30F2设计的永磁无刷直流电动机控制系统，并通过负载实验验证了该控制系统的可行性。

1基于dsPIC30F2010的无刷直流电动机控制原理^[3]

    无刷直流电动机的定子上安放各相绕组，转子上安放永磁磁极。以三相无刷直流电动机为例，为了产生一个恒定的电磁转矩，任意时刻需要根据转子位置信号使三相定子绕组中的两相绕组通电，通常转子位置信号由安放在电机定子内的霍尔位置传感器获得。霍尔元件所间隔的电角度可以为60^。和120^。。图1为无刷直流电动机及其控制系统的组成框图。

    本文的控制对象为一台三相带传感器永磁无刷直流电动机，霍尔位置传感器的相位差为120^。。根据在不同时刻相绕组的通电情况，分为6个工作区间，每个区间为60^。电角度，在每个工作区间内有特定的两相绕组通电。图2为不同工作区间内霍尔位置信号编码和功率开关导通状态。

    三相霍尔位置传感器可以得到一个三位的位置编码，每个编码代表了转子所在的区间。得到转子的位置信号之后，程序中通过查建立的驱动表决定每个功率开关的导通状态，如表1所示。控制系统中，将位置传感器连接到dsPIc30F2010的中断输入cN(change N0tification)引脚上，cN引脚上的电平发生变化会产生中断。在cN中断服务程序中，由位置信号编码查取应该导通的功率开关并使能相应的输出引脚，驱动电机转动。

    由无刷直流电动机的基本原理可知，改变加在电机绕组两端的电压可以改变电机的转速，即改变加在无刷直流电动机绕组上的PwM信号的占空比就可以实现电机的调速。dsPIC30F2010的电机控制专用模块(McPwM)可以提供六路由PwM信号驱动的PwM输出，McPwM有一个专用的16位的PIPER(Time Base Pedod Reglster)时基周期寄存器，通过更改此寄存器的数值可以更改PwM频率。改变占空比是通过改变三个PDc占空比寄存器的值实现。通常为了控制方便，对驱动电路下桥的功率开关施加占空比可变的PwM信号。

2控制系统的设计与实验

2 .1硬件设计

    图3为基于dsPIc30F20lO的无刷直流电动机控制系统的硬件结构图。霍尔位置信号与cN中断输入引脚相连，AN2引脚被软件配置为模拟输入，将O～5 V电压通过A／D转换作为速度给定。功率开关器件采用美国国际整流器公司生产的MOsFETIRF2807，其额定电压75 V，额定电流82 A。功率开关驱动电路采用IR2110高性能MOsFET驱动集成芯片，该芯片应用自举技术实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高压侧与低压侧的通道信号。IR2110的sD引脚为保护信号输人端，当该引脚接高电平时，IFl2110的输出信号全被封锁^[4]。控制系统中，功率驱动电路的负端通过一个约O．1 12小电阻接地。若通过功率开关的电流过大，使得检测电阻上的电压超过设定的安全工作电压时，比较器的输出与sD端相连为高电平，封锁全部PwM信号，