基于dsp的智能无刷直流电机控制策略研究

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1、基于DSP的智能无刷直流电机控制策略研究DSP-basedintelligentcontrolstrategyforbrushlessDCmotor随顺科，孙长江，王雁SUIShun-ke,SUNChang-jiang,WANGYan（中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州221116）摘要：采用DSP芯片为核心设计了无刷直流电机控制系统，对DSP外围电路、保护电路以及检测电路进行了详细的设计。由于DSP具有丰富的外设和极强的运算处理能力，简化了系统的硬件电路。使用遗传模糊PID控制算法对电机进行调速，经过仿真验证了其有效性。关键词：

2、无刷直流电机；DSP；遗传模糊PID控制中图分类号：TP273　文献标识码：A　文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0056-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).160引言器主要由功率开关和位置信号处理电路组成，用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，使用了电子换相原理的无刷直流电机1.2控制系统硬件设计具有结构简单、运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等众多优点被广泛应用于运动控制等领域。无刷直流电机控制器则经历了从分立元件的模

3、拟电路，专用集成电路到全数字化控制电路的发展过程。随着微处理器技术的发展，采用以数字信号处理器为核心的控制技术，运用智能控制理论为代表的控制策略，将实现对无刷直流电机数字化、智能化控制。1总体硬件设计1.1无刷直流电机的组成无刷直流电机结构原理如图1所示，它主要由电机本体、位置传感器和电子换相器三部分组成。电机本体由转子和定子组成，转子由呈弧形的永磁钢按照一定的极对数组成，定子绕组一般分成三相且多使用整距集中式绕组，磁极下定转子气隙均匀，气隙磁通密度呈梯形分布。位置传感器安装在定子线圈的相应位置上，在直流无刷图2无刷直流电机控制系统

4、硬件结构原理图电机中起着检测转子磁极位置的作用。电子换相基于DSP的无刷直流电机总体硬件构成如图2所示，主要由DSP及外围电路、功率驱动电路、保护电路及反馈检测电路等构成。DSP主控电路以TMS320LF2407A为控制核心，它是TI公司推出的一款功能较为齐全的16位定点数字信号处理器。能够完成对各种信号的处理和系统的闭环控制，并且利用SCI接口实现控制器与上位机的通讯。整图1无刷直流电机结构原理图收稿日期：2011-04-10作者简介：随顺科（1989-），男，山东鱼台人，本科，主要从事电气自动化的学习及在工程应用方面的研究工作。

5、【56】第33卷第8期2011-8(上)个控制系统的工作原理如下：在电机以一定方式压保护电路。启动后采用PWM方式实现对无刷直流电机进行闭环控制，闭环调节过程中输入交流经过整流电路形成直流，稳压后向逆变电路提供直流电源。而给定的转速则由DSP的I/O口输入，经A/D转换将模拟信号转化成数字信号。位置信号用于控制换相，由位置参数计算出电机转速，与给定转速比较，修正偏差产生的电流参考量与电流反馈量作比较，这样就可以通过调节脉冲宽度改变控制功率管的开关时间，从而实现对无刷直流电机的控制。下面针对DSP外围电路中的PWM驱动电路设计过程进行

6、详细阐述。主电路中逆变器采用的是图4过压保护电路图集成了驱动与保护电路的智能功率模块IPM，使得检测电路包括电流检测和电压检测，下面主DSP和IPM的驱动电路和接口变得简单。DSP芯片要对电流检测进行设计。本设计中电流检测主要的PWM输出电平为3.3V，由于受到驱动能力的限用于电机定子电流反馈调节。图5为电流检测电制，所以选用6缓冲驱动芯片74LS07，然后直接驱路。通过检测电阻两端的电压降，检测出电阻两动光耦组成IPM驱动隔离电路。图3为PWM输出框端的电压，然后就可以得出流过电阻的电流。图。图5检测电流电路图图3PWM输出框图2

7、控制系统软件设计功率驱动电路的作用是将控制电路输出的脉冲信号进行功率放大，以完成对MOSFET或IGBT2.1系统软件设计的驱动。本文选取三相桥式驱动器IR2130，它可系统软件的功能就是控制设计好的硬件电以在低于600V的电路中工作，且具有欠压保护和路，使其能够按照预定的流程，进行工作。为了过流保护等功能。能够适应复杂多变的运行环境，本文引入遗传优直流电源电压过高或过低都可能影响电机的化的模糊PID控制算法，使调节过程具有自适应、正常工作。电压过高会损坏功率器件和电机本自组织等智能特性。速度环使用遗传优化的模糊体。而电源电压过低会

8、引起电流增大使开关损耗PID控制，给定速度与速度反馈形成偏差，相邻采增加。为保证系统的安全可靠运行，系统中设计样周期之差形成偏差变化率，利用偏差和偏差变了欠压、过压保护电路。图4为过压保护电路，直化率查询控制规则表，实现对转速的控制调