基于dsp芯片的永磁无刷直流电机控制器
汪 锐1，许静宇2
（1．广东工业大学，广东 广州 510090; 2．清华大学，北京 100084）
摘 要：介绍了以dsp芯片tms320c240为核心的永磁无刷直流电机控制器的设计，其主要内容涉及其核心电路
的构成、功率开关元件的驱动等硬件电路和软件编程。
关键词：永磁无刷直流电机；dsp控制器；tms320c240芯片
中图分类号：tm381;tm301.2 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)04-0027-03
1 引 言
电机是一个量大面广的基础产品，应用于各个领域，产量很大，永磁无刷电动机又是电机的发展方向。永磁直流无刷电机是近年来随着电子电力器件及新型永磁材料而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便，又具备直流电机那样良好的调速特性而无机械式换向器，现已广泛应用于各种调速场合。永磁直流无刷电机体积小，转矩高，可靠性好，在工业中将得到广泛的应用[1]。无刷电机控制系统原理图如图1所示，主要由永磁直流无刷电机、转子位置检测器、电流检测、控制器和功率逆变电路等四部分组成。
永磁无刷直流电机控制器的结构已有多种形式。最初采用分立元件组成庞大复杂的模拟控制电路进行驱动，由于模拟元件控制系统不仅对温度变化敏感、易老化，而且系统升级因难，因此已被逐渐淘汰。以单片机为核心组成的数字控制电路调速控制功能强，但存在运算速度慢的缺陷[2]，本文介绍以新型的dsp芯片tms320c240为核心的无刷直流电机控制器，它不仅具有较强实时运算能力，并且集成了电机控制的外围部件，组成的系统所需外围电路简单，抗干扰能力强，特别适用于对控制器体积性能要求较高的场合[3]。
2 直流无刷电机控制系统方案
直流无刷电机控制系统采用主从式结构，采用pc作为上位机，进行命令的发送并进行实时监控。以dsp芯片tms320c240为核心构成的无刷直流电机控制系统为下位机，控制系统采用pwm方式控制电机的转矩和转速，采用霍尔元件检测转子位置，以功率mosfet场效应管作为功率变换器件。上位机和下位机采用串行通讯传输数据，下位机根据命令对无刷直流电机进行控制。整个控制系统结构简单，具有高可靠性和可扩充性。
系统控制框图如图2所示，采用串级控制，分为速度环（外换）和电流环（内环）。内环和外环均采用pid算法，保证系统为无静差系统，并且有较好的动态和静态特性。内环调节时，根据当前测量的电流与计算值的差值调节pwm斩波输出的参数，然后根据电机的启动电流和****电流对其进行限幅，并根据当前转子的位置选择mosfet管，输出正确的触发脉冲对。外环则根据速度反馈和给定值进行调节，使系统具有较好的性能。
3 控制系统硬件设计
3.1 功率主回路控制系统硬件设计
3.1.1功率输入整流回路设计
控制的无刷直流电机为具有梯形反电势的三相无刷直流电机，采用12v直流供电。它的转子为一对永磁磁极，相电感为40mh，在5000r/min时的****允许电流为4. 3a，转距常数为17. 2mnm／a。系统需要给元刷直流电机及控制部件提供电源，输入的功率较大，采用普通的变压器滤波方式体积较大，因此采用开关电源提供12v和5v电源。12v电源同时提供给无刷电机和前置驱动器的电源。功率回路直接接到12v电源上，为了保证前置驱动器电压的稳定，使用up7812对电压进行稳压后再供给ir21315。5v电源为tms320c240等芯片的电源。
3.1.2功率驱动电路设计
功率驱动电路为三相全控桥，采用international rectifier金司的irfp054n功率mosfet管，全控桥的前置驱动器则采用ir2131s。ir2131s具有独立的3个上侧和下侧驱动器，能方便驱动三相全控桥，而且可经受600v的暂态电压的冲击，并有过流保护等功能。
从tms320f240来的pwm输出信号直接输出到前置驱动器ir 2131s的输入端。ir 2131s的输出通过一个电阻直接与功率mosfet管的控制极相连，实现对全控桥的控制。在系统刹车时，关闭pwm输出，设置急停mosfet管的 |
