基于DSP的無刷直流電機伺服系統設計

　　1.3 驅動電路

　　電機的驅動電路由驅動芯片IR2130和三相全逆變電路構成。功率驅動電路采用+15 V供電，驅動芯片IR2130內置了2.5 μs的死區時間，防止統一橋臂的上下兩個MOSFET同時導通。當系統出現欠壓，過流時，IR2130啟動內置的保護電路鎖住后面的PWM輸出，保護系統電路。IR2-130的輸入信號是由CPLD解算而得的6路PWM波，經過光耦隔離后送入IR2130，輸出信號送MOSFET驅動無刷直流電機。在三相逆變電路中，六個功率器件起繞組開關作用，采用兩兩通電，三相六狀態方式，每一個瞬間有兩個功率管導通，每隔1/6周期(60°電角度)換相一次，每次換相一個功率管，每個功率管一次導通120°電角度。

　　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。