基于dsp的无位置传感器无刷直流电机控制系统

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1、基于DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统双纪文，黄志辉（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031）摘要：介绍了一种基于TMS320LF2407DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统。针对无位置传感器无刷直流电机转子位置检测进行了研究。简述了实现该控制系统的硬件组成和软件的设计方案及控制策略，并对控制系统进行分析。此系统可大大简化硬件结构，并使电机得到高效稳定的控制。关键词：无刷直流电机；无位置传感器；控制系统；DSPControllingTechnologyBasedonDSPforBLDCMotorwithoutPositionSensorShuangjiwen,H

2、uangzhihui(TractionPowerStateKeyLaboratory,Southwestjiaotonguniversity,Chengdu610031,China)Abstract:Inthispaper,acontrolsystemforBLDCmotorwithoutpositionsensorbasedonTMS320LF2407DSPispresented.Theauthorsstudiedtherotorpositiondetectionofapermanent-magnetBLDCmotorwithoutpositionsensor.Thehardwareco

3、mponentandsoftwaredesignsolutionsforthissystembasedonDSParedescribed.Thissystemcansimplifyhardwarestructureverymuchandcontrolmotorstablyandeffectively.KeyWords:brushlessDCmotor;positionsensorless;controlsystem;DigitalSignalProcessing0.引言传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其它位置检测元件为位置传感器，以光电码盘为速度检测元件，安装在电机内部。它的存在给直流无

4、刷电机的应用带来很多的缺陷与不便：首先，位置传感器会增加电机的体积和成本;其次，连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性;再次，在某些恶劣的工作环境中，如在密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根本就无法使用。此外，传感器的安装精度还会影响电机的运行性能，增加生产的工艺难度。位置传感器所带来的种种不利影响促使人们对直流无刷电动机的无位置传感器控制进行研究。随着科技的高速发展，各类用于电机控制的高性能的单片机及DSP的功能越来越丰富，运算速度也有了质的飞跃，而且价格越来越低廉。例如美国TI公司出品的TMS320X240系列DSP芯片，其内部具有电机控制单元，功能强大，单

5、条指令的运算速度达到了25ns，是普通MCU的50倍，并且内部具有数字信号处理单元以及高速的数模转换单元。在上述的硬件基础上，完全可以实现性能优良的实时控制算法，编写完善的监控软件，如Kalman滤波、自适应控制、模糊控制和神经元控制等，从而可以进一步提高系统的控制精度和实时性。本文介绍一种基于TMS320LF2407的无位置传感器无刷直流电机控制系统。并对其进行了系统的分析。1.基于DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统原理由于无刷直流电动机三相定子的导通顺序(即换相)由转子位置决定，其转矩只与方波电流的幅值成正比，所以调速系统的关键是转子位置的检测和电流大小的控制。因为电动机定子绕组

6、中流过的是方波直流，电压与电流成正比，所以控制电压的幅值就可以控制电流的大小。调速系统中采用PWM控制方式，系统运行时，电流检测信号与给定值进行比较，通过电流环调解PWM波占空比的变化来调整逆变器输出电压的幅值，从而控制电动机的定子电流和转矩。在本系统中直流无刷电动机的正确换相是通过软件对各相绕组反电势过零点的检测来实现的，同时通过对反电势过零点的次数的捕获可用来提供电动机的转速，为速度环的设计提供转速反馈信息。利用分流电阻来进行主回路电流的检测，为电流环的设计提供电流反馈信息。基于本文所设计的无传感器无刷直流电动机控制系统的总体控制框图如图1所示。图1无传感器控制系统的总体控制框图2反电

7、势过零信号检测方法当前，无位置传感器的位置检测方法主要有:端电压检测法、续流二极管工作状态检测法、反电势过零检测法、瞬时电压方程法等。本文采用反电势过零检测法。由于反电势是难于直接测取的物理量，反电势的过零信号检测实际上是通过比较根据三相绕组端电压来间接地得到反电势过零信号。图2为电机一相绕组的电气模型示意图。图中L为相电感，R为相电阻，E为反电势，为三相绕组星型连接中点对地的电压，为端电压。的值由图2示的电路得到的信号