基于DSP的無刷直流電機伺服系統設計

摘要：設計了以TMS320F2812DSP芯片為核心的無刷直流電機伺服控制系統。采用電流環，速度環，位置環三閉環控制，對位置環采用積分分離的PID算法，以減小電機在運行過程中積分校正對系統動態性能的影響。為加快系統響應速度，減輕DSP負擔，電流環采用模擬方法實現。實際應用表明該系統具有精度高，響應快，穩定性好等優點。
關鍵詞：伺服系統；TMS320F2812DSP；三閉環控制；PID算法

O 引言
無刷直流電機(簡稱BLDCM)是一種用電子換向器取代機械電刷和機械換向器的新型直流電動機，具有結構簡單，調速性好，效率高等優點，目前已經得到廣泛應用。TMS320F2812數字信號處理器是TI公司最新推出的32位定點DSP控制器，器件上集成了多種先進的外設，具有靈活可靠的控制和通信模塊，完全可以實現電機系統的控制和通信功能，為電機伺服系統的實現提供了良好的平臺。本文設計了以高性能TMS-320F2812DSP芯片為核心的無刷直流電機伺服控制系統。

1 伺服控制系統硬件構成及其工作原理
系統硬件框圖如圖1所示。

1．1 控制電路
控制電路是以F2812為核心，另外還包括位置編碼、數據采集、數據通信等功能模塊和部分外圍電路及數據接口，其主要功能是實現對被控對象位置信息的采集和處理，速度反饋信息的接收和處理，位置、速度的閉環控制。F2812片內具有12位的AD轉換器，但為提高伺服系統運動的精度，在DSP外圍擴展了兩片6路16位的AD轉換芯片，用來采集反饋信號以及輸入的運動指令信號。
系統設計同時采用DSP和CPLD以提高電路的可行性。DSP所起到的作用主要是根據反饋的位置，速度信號，結合電機的運動方向和運動速度，利用F2812片上的電機控制專用外設EVA，通過數字I／O口輸出1路與電機運動相對應的PWM波。CPLD根據輸入的PWM信號，控制信號和數字信號組成的換相時序信息輸出對應大小和對應時序的相電壓，從而驅動電機做相應的運動。
1．2 信號采集以及調理電路
該電路對各種傳感器信號及電流電壓信號進行采集并處理。包括采樣的電流電壓反饋信號，給定的控制信號等模擬量信號，以及霍爾傳感器的輸出等開關量信號，經調理電路處理后，使其幅值及電平可以滿足DSP控制器的要求。
本系統使用AD7656對采集來的模擬信號進行模數轉換。F2812的GPIOA0口與74ACl6373的使能端相連，用于使能鎖存器，GPIOAl與CONVSTX相連，用來啟動6路A／D的同時轉換。GPIOA2連接BUSY信號，AD7656轉換結束后，BUSY信號變低，DSP以查詢方式接收AD數據。74ACl6373用于鎖存AD轉換后的16位數據，74LSl38用于將DSP地址線譯碼與AD7656的片選信號相連。