基于DSP的無刷直流電機控制器設計與實現

4 軟件系統設計
TMS320F2812是由德州儀器公司生產的，指令處理速度高達150MIPS的數字信號處理器，專門為工業自動化及自動化控制等應用而設計。軟件系統采用結構化程序設計，在TI專用集成開發環境CCS中由C語言編寫完成。
軟件系統的設計主要包括兩部分：轉速計算程序和無刷電機的雙閉環控制程序。轉速計算程序主要實現速度參數計算和換相操作。轉子每轉過60°機械角都觸發一次捕捉中斷。當進入捕捉中斷后，首先計算速度參數，然后將CAP管腳設置為I／O狀態。進入I／O狀態后就可以讀出當前電機轉子的位置狀態。根據電機轉子的位置狀態進行換相后恢復CAP模塊的捕捉功能。捕捉中斷子程序框圖如圖6(a)所示。雙閉環控制程序在A／D中斷子程序中實現。通過定時器周期匹配事件啟動ADC轉換，轉換結束后進入A／D中斷。進入中斷后首先判斷是否進行速度調節。如果需要調節，則將當前電機轉速參數值與電機轉速參考值進行比較，兩者的差值經過PID運算后得出電流參考值；如果不需要調節則保持之前的電流參考值不變。然后讀取A／D轉換值，將它與電流參考值進行比較，兩者的差值經過PID運算后得出PWM波的占空比。最后在根據調節結果改變占空比后恢復現場退出A／D中斷子程序。A／D中斷子程序框圖如圖6(b)所示。

5 實驗結果
試驗樣機為稀土永磁無刷直流電動機，轉子為一對極，定子電樞繞組采用星形接法。PWM頻率的選取要考慮電機性能及功率管效率等方面。頻率越高，電機噪聲越小，但會增加功率管的損耗；頻率低時，功率管損耗減小，但噪聲會增大。綜合考慮，本系統中PWM頻率選定為20 kHz。圖7為DSP輸出的對稱PWM波。

實驗結果表明，無刷直流電機在1000～4000 r／min范圍內可以平穩調速，電機的啟動時間以及最大啟動電流均滿足系統設計的要求。

6 結論
文中是基于TMS320F2812DSP的無刷直流電機控制系統設計，充分利用DSP豐富的片內資源及高效的數據處理能力，可以大大簡化系統硬件結構。文中所設計與實現的無刷直流電機控制系統應用轉速、電流雙閉環對電機實際系統進行調節。對電流環和速度環使用PID調節，實現了具有超調量小、響應速度快特點的無刷直流電機雙閉環控制系統。