高精度無刷直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

本系統(tǒng)主要由輔助電源、控制器及外圍電路、電動機(jī)驅(qū)動電路、檢測電路和系統(tǒng)保護(hù)電路等幾部分組成。無刷直流電動機(jī)的淵速原理為：TMS320F2812控制器通過捕獲單元捕捉無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器HALL1、HALL2、HALL3高速脈沖信號，檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置發(fā)出相應(yīng)的指令改變PWM信號的當(dāng)前值，進(jìn)而改變直流電機(jī)驅(qū)動電路(三相橋式逆變電路IGBT)中功率管的導(dǎo)通順序，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的控制。
下面重點介紹系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子位置檢測電路、相電流檢測電路、驅(qū)動電路、系統(tǒng)保護(hù)電路等。
2．1 轉(zhuǎn)子位置檢測電路
本設(shè)計方案中，位置檢測環(huán)節(jié)采用了3個位置間隔120°分布的霍爾傳感器，由霍爾器件所輸出的轉(zhuǎn)子位置脈沖信號送到功率變換電路后，經(jīng)處理后送入DSP的CAP單元，DSP通過讀取霍爾元件的狀態(tài)值，來確定轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，再通過改變PWM的占空比改變MOSFET管的導(dǎo)通順序，改變IGBT的導(dǎo)通順序，實現(xiàn)電機(jī)的換相和電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

霍爾位置傳感器輸出的信號先由阻容濾波電路處理，然后冉經(jīng)過六路施密特觸發(fā)反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP單元進(jìn)行處理計算。由于霍爾位置傳感器輸出為5V電平信號，為了與DSP的3．3V電平相匹配，需要進(jìn)行電平邏輯轉(zhuǎn)換，在此通過施密特觸發(fā)器輸出端串聯(lián)匹配電阻的方法來實現(xiàn)。三相霍爾位置檢測電路如圖4所示。
2．2 相電流檢測電路
在對電路中電流信號進(jìn)行檢測時，由于霍爾元件輸出的電流較小，故采用在直流側(cè)母線中串采樣小電阻的方法，先將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后再經(jīng)過放大隔離處理后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A／D。其中光耦隔離器件選擇的是6N137。電流檢測電路圖如圖5所示。

其中R22(0．05Ω／3W)為直流側(cè)母線端的采樣電阻，首先將電阻兩端的壓降信號經(jīng)過阻容濾波電路濾波，然后經(jīng)過運算放大器放大，以滿足TMS320F2812中A／D轉(zhuǎn)換單元的采樣范圍(0～3V)的要求。電路中采用了單路高精度雙極性運算放大器OP07。圖中的二極管D6起穩(wěn)壓保護(hù)作用，確保AD0的輸入電壓存0～3V的范圍內(nèi)，另外，通過光藕合器6N137將干擾路徑切斷，減小噪聲的干擾。