基于DSP在無刷直流電機控制中的應用

1概述
　　
　　
本文采用TI公司推出的240XDSP作為無刷直流電機全數字控制核心，組成的伺服系統只需要很少的系統元件。TMS320Ｆ240X是美國ＴI公司推出的高性能16位數字信號處理器(DSP)，是專門為電機的數字化控制而設計的。這種DSP包括一個定點DSP內核及一系列微控制器外圍電路，將數字信號處理的運算能力與面向電機的高效控制能力集于一體，可以實現用軟件取代模擬器件，方便地修改控制策略，修正控制參數，兼具故障檢測、自診斷和與上位機通信等功能。
　　
2硬件介紹
　　
TMS320LF2407A的內核是TMS320C2XX(圖1)，內部采用了哈佛結構，流水線作業，在20MHz的時鐘頻率下，指令周期僅為50ns，且多數指令都能在一個指令周期內完成。其中央算術邏輯部分包括32位中央算術邏輯單元(CALU)，32位累加器，CALU的輸入/輸出數據定標移位器，16位×16位乘法器，乘積定標移位器，數據地址發生邏輯(包括8個輔助寄存器和1個輔助寄存器算術單元(ARAU)，程序地址發生邏輯。當處理器連續工作時，還能同時執行：a、經由串行口的數據接收和發送；b、內部定時器減數；c、產生三相脈寬調制(PWM)波形；d、采集4個模擬信號；e、看門狗定時器減數。它還包含有其它系列的ＤＳＰ芯片所沒有的雙10位模數轉換器、基于ＰＷＭ控制的管理器(6個比較單元、12路ＰＷＭ輸出、2路光電編碼器接口的編碼單元)。其ＰＷＭ波形生成單元包含可編程死區控制，可輸出非對稱ＰＷＭ波形、對稱ＰＷＭ波形和空間矢量ＰＷＭ波形。LF2407是x240x系列DSP中唯一能夠擴展外部存儲器，也是其中控制功能最強、片上設施最完備的一個型號，廣泛的用于代碼開發、系統仿真以及實際系統中。

圖1 TMS320Lx240x系列DSP控制器總體結構

　　
3DSP控制流程
　　
圖2是用TMS320LF2407A實現三相無刷直流電動機調速的控制和驅動電路。本設計采用TMS320LF2407A微控制器為系統控制器核心，以功率MOSFET場效應管為功率變換元件，任意時刻電機只有兩相導通來控制換流元件，采用PWM方式來控制電機的轉矩和轉速。在這里，三個位置間隔120O分布的霍爾傳感器H1，H2，H3經整形隔離電路后分別與TMS320LF2407A的三個捕捉引腳CAP1，CAP2，CAP3相連，通過產生捕捉中斷來給出換相時刻，同時給出位置信息。

圖2 用TMS320LF2407A實現三相無刷直流電動機調速的控制和驅動