基于DSP的無刷直流電機調速系統
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關鍵詞:無刷直流電機,DSP,TMS320F2812,MC33035
引言
無刷直流電動機從上世紀70年代末開始引起了從事電機及驅動系統學者的重視。電機的驅動控制結構有很多形式，近年來國外學者多集中于對直流電機的轉矩波動及其控制問題上進行研究。以單片機為核心組成的數字控制電路調速控制能力強，但只能實現系統的外環數字控制，而DSP則可以實現全數字化的控制。
TMS320C28x系列是TI公司最新推出的32位定點DSP芯片，它既具有數字信號處理能力，又具有強大的時間管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數據處理的測控場合[1]。
在無刷直流機速度控制系統中，為使調試者實時了解系統的運行信息，需實時采集電機轉速、電樞電流等信息，并進行數據分析和加工處理[2]。控制過程復雜，控制算法計算量較大，因此本系統選擇了數據處理能力較強的DSP芯片TMS320F2812作為控制核心，再結合MC33035專用控制集成芯片，設計并制作了一個無刷直流電機調速器。
1 系統結構
本系統針對的是高速無刷直流電機，原則上本系統對電機轉速的上限沒有限定，實驗時使用的電機最高轉速為5萬轉，電機功率為5kw。
系統設計時為方便用戶操作設計了通信和JOG（手動）兩種模式。通信模式使用戶在電腦前就可以方便地對電機進行操作，設置電機的最高轉速、加速度以及顯示電機當前的實際轉速等;而在沒有電腦時，用戶也可以通過JOG模式對電機進行鍵盤操作，用以設定電機的轉速。
資助基金：國家自然科學基金（70271001）
本系統設計控制的無刷直流電機采用霍爾元件作為位置反饋機制，從反饋的脈沖信號中獲得位置信息和轉速情況。控制核心DSP根據采集到的實際轉速，修正控制轉速，實現系統對電機轉速的閉環控制。此外，系統從電機的驅動器件IGBT處獲得電流信息。通過綜合這三個信息，使得整個電機調速系統安全、穩定、可靠地工作。
2 系統硬件設計
各部分之間信號線的連接通過光耦隔離，光耦兩端連接如圖3所示。這里采用的光耦是TLP521，它的隔離電壓是2500V。在本系統中，驅動部分的最高電壓是300V，2500V可以保證系統工作的絕對安全。圖3中光耦是按正邏輯連接的，即輸入1，輸出也是1。除TLP521外，在通信線的連接處使用了幾顆高速光耦6N127。
2.1控制部分
控制部分的核心器件是TMS320F2812，制作時使用了一塊ICETEK-2812-B板（帶有2812的DSP開發板），除帶DSP外，還有一顆電源管理芯片，將外接5V轉為3.3V為系統供電。
2812從電機處采集轉速、電流反饋信號和位置反饋信號，DSP綜合這三個信號輸出對外的控制信號。從驅動部分反饋的過流信號是一個0、1信號，DSP在工作時始終監視這一信號，一旦監視到1，即表示電機過載，則立即給出一個讓電機停止轉動的信號，以免損壞電機和調速器。
DSP輸出的轉速控制信號是一個數字量，用D/A將此數字量轉換成電壓量給MC33035用以調速。系統中選用了12位的串行D/A（TLV5616），后加一級放大（LM358），使輸出電壓可根據不同電機的要求進行放大。
TMS320F2812與PC間的通信是通過485總線完成的。在工業控制中，485總線應用非常普遍，傳輸距離遠而且性能穩定，所以本系統選擇485總線進行傳輸。
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