基于DSP的無刷直流電機伺服系統設計

2 伺服系統的控制策略
本系統是通過電流、速度、位置三閉環結構實現系統控制的，其中電流環和速度環是內環，位置環是外環。

圖2是無刷直流電機控制系統框圖，在系統中設置了速度PI調節器和電流PI調節器，分別調節電機的轉速和電流，兩者之間是串級連接。給定的位置信號U與反饋的位置信號position經過位置PID調節后得到速度的參考值SDref。根據兩次捕獲的時間可以計算出電機運行的速度speed，此速度作為速度參考值的反饋量，經過速度PI調節后可以得到參考電流Iref，通過電流檢測電路可以得到電流的反饋量I，再經過電流PI調節，最后得到的調節量用來控制PWM的占空比，即把速度調節器的輸出當做電流調節器的輸入，再以電流調節器的輸出去控制PWM裝置。
2．1 電流環控制
電流環是通過電流反饋控制使電機電樞電流線性受控，可達到電機輸出力矩的線性控制，并使其動態范圍響應快，安全性提高。
在實際應用中，為加快系統響應速度，減輕DSP負擔，采用模擬實現方法。將電阻串聯在電樞回路上，同時起到一個功率變換電路的過電流保護作用。通過電流反饋控制使電機電樞電流線性受控，可達到電機輸出力矩的線性控制，并使其動態范圍響應快，安全性提高。
電流環設計中，電流調節器選用PI調節器；限幅器可以和電流調節器做在一起，限幅值由PWM功放輸入范圍確定；PWM功放選用專用集成電路；濾波保護網絡采用LC網絡提高EMC水平，二極管網絡保護PWM功放選；電流調節器選用PI調節器；采樣電阻選用O．1Ω，如果所選PWM功放具有電流測量端子，也可以直接讀出電機電流值。

圖3為電流環控制框圖，R-電機電樞電阻，Tm-電機時常數。Ks-功率放大器電壓放大系數。電流環設計的參數：PI調節器，一階無靜差；輸出最大電流≥0．63 A，反饋系數為15．873；帶寬≥30 Hz；τi選為電機等效時常數。
2．2 速度環控制
速度環是位置環的重要內環路，速度閉環可改善控制對象的線性度，提高速度控制精度，改善電網電壓等對電機轉速的影響，提高抗干擾能力，改善系統性能。
轉子旋轉一周的時間內，霍爾傳感器輸出3路180°的交疊信號，電動機每轉動60°就有一次換相，只要檢測兩次換相的時間間隔就能計算出電機的速度。