基于DSP無刷電動機控制系統設計

1 系統結構和工作原理
無刷電動機屬于一種自控同步電動機，它主要由DSP電機專用高速處理器芯片、轉子位置傳感器、邏輯驅動電路、功率電子開關、電流和電壓檢測等裝置組成。DSP控制的無刷電動機系統結構如圖1所示。其中，無刷電動機定子繞組為星形接法；DSP控制芯片ADMCF328驅動專用集成芯片IR2130；逆變橋采用三相橋式電路；轉子位置檢測器利用霍爾元件檢測，并利用位置信號估算轉子的轉速，以實現轉速閉環控制。

無刷電動機的轉子采用永磁體，產生直軸位置的勵磁磁場，定子為電樞繞組，通過功率控制器控制各相繞組的通斷狀態而產生旋轉磁場。設計無刷電動機控制系統設計的關鍵是如果選擇轉子位置檢測器，當電動機定子電樞系統直接由轉子轉速控制。當電動機速度降低時，位置檢測器的輸出信號頻率也降低，電樞電流頻率及其旋轉磁場的速度也隨之降低，但若使電樞磁場與勵磁磁場的相對位置仍保持不變，則電動機就不會失步。同時，由無刷電動機調速特性可知，調節直流電壓Ud的大小，可以改變電動機的轉速性能，這與有刷直流電動機有相似的機械特性。

2 控制系統硬件設計
2．1 控制系統設計
電動機控制系統采用速度外環和電流內環的雙閉環控制，兩個反饋環節的調節器都采用PID數字調節器，如圖2所示。計算電動機轉子轉速的目的是為了實現轉速調節和計算出電樞電流的指令值。在直流母線上采集電流調節器的采樣信號，采樣信號與前端值比較計算后輸出給PWM同步調節器。電流調節器、速度調節器的計算除了調節器設定的PID參數KP，kI和kD外，還要設定PWM周期參數等。

2．2 DSP控制板
DSP控制板由ADI公司生產的專用DSP芯片ADMCF328、硬件控制與恢復電路等組成。ADM-CF、328芯片具有強大、快速的處理能力，主要完成控制算法的處理、PWM輸出、模／數轉換、與上位機通信和輸出顯示等功能。
該芯片只有28個外部引腳，縮小了控制板尺寸，提高了系統的可靠性，而且具有價格低等優點。芯片的內部集成了一個具有反向功能的5倍放大器，用于精確的電流采樣，實現電流的閉環控制。芯片與IR2130驅動電路、轉子位置檢測器、鍵盤和計算機等外設備連接，可實現無刷電動機的實時控制和運行監視。