基于DSP的直流无刷电机控制系统设计(12)

基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

字双端口RAM(DRRAM)和2K字的单口RAM(SARAM)。

(3)两个事件管理器模块 EVA 和 EVB，每个包括：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现：三相反相控制；PWM对称和非对称波形，当外部引脚PDPINTX出现低电平时快速关闭PWM通道；可编程的PWM 死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；3个捕获单元；片内光电编码器接口电路；16通道A/D可扩展的外部程序存储器，总共192K字；64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O 寻址空间[15]。

(4)看门狗定时器模块(WDT)。

(5)10位A/D转换器，最小转换时间为500ns，可选择两个事件管理器来触发的2个8通道输入A/D 转换器或一个16位通道输入的A/D转换器。

(6)控制器局域网(CAN)2.0B 模块。 (7)串行通讯接口(SCI)。 (8)16 位的串行外设接口(SPI)。 (9)基于锁相环的时钟发生器。

(10)高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)。 (11)5个外部中断(电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)。

(12)电源管理包括3种低功耗模式，并且能独立将外设器件转为低功耗模式。 5.1.3 TMS320LF2407A 电机控制系统的反馈环节

电机控制系统中的反馈信号主要包括模拟信号和数字信号两类，DSP 对模拟信号的获得主要采用 ADC 转换器，在电机的数字反馈信号一般是光电码盘以及数字脉冲，它们可以使用 DSP 中的捕获单元和正交编码器脉冲捕获单元。本系统主要是采集电机定子各相电流信号和转子位置信号，其中，电流信号通过ADC 转换器输入DSP，转子位置信号由霍尔元件经过光耦隔离电路输入到 DSP 的捕获单元。 (1) ADC 转换器

TMS320LF2407A 中的ADC转换器是一个带有16通道的10位模/数转换器，其16个通道分成两组，分别由两个排序控制器(SEQ1 和 SEQ2)控制，ADC 工作是以

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硬件系统设计

任务为单位，在一个任务中要转换的通道可以通过SEQ1和SEQ2 选择，转换通道的顺序可以通过排序控制器CHSELSEQn 来设置，转换结果保存在16个结果寄存器 (RESULT0-RESULT15)中，DSP可以自由读取。ADC 的启动触发源可以由软件、EVA、EVB 以及外部引脚 ADCSOC 来产生，用户在需要时可以很方便的触发 ADC 启动。另外该 ADC 还带有校验功能，保证转换结果的正确性和精度。 (2)捕获单元

捕获单元在捕获引脚上出现跳变时使能触发，可以通过计算两个跳变沿之间计数器变化的值来计算出脉冲频率。TMS320LF2407A 内部共有6个捕获单元 CAP1-CAP6，CAPl，CAP2，CAP3 依附于事件管理器 EVA；CAP4，CAP5，CAP6 依附于事件管理器EVB。对于无刷直流电动机，如果用霍尔元件作为位置传感器，只要把三路霍尔信号通过一定的调整就可直接输入到 DSP 的捕获单元，通过计数定时器的值就可以得出电机的转速信号[16]。 4. TMS320LF2407A 电机控制系统的驱动环节

电机控制系统的驱动环节电路一般采用全桥结构。现代的电机控制系统，其控制多可归结为对六个功率元件的开、关的控制，即对电机定子绕组各相电压、电流的调制。目前广泛使用的PWM调制技术可以方便地利用TMS320LF2407A内部的四个各自独立16位通用定时器、六个全比较器实现。TMS320LF2407A内含可编程的死区控制，六个全比较器中任何一个都可以与通用定时器、死区控制单元一起用于产生一对有可编程死区和输出极性的 PWM 输出。对于六个全比较器共有十二路这样的 PWM 输出。每六个输出可以用来控制三相交流感应电机、永磁同步电机或无刷直流电机等。死区控制单元是 TMS320LF2407A的一大特点，它在软件上确保了功率电路上、下桥臂开关元件的开通区间没有重叠，简化了硬件电路设计，提高了可靠性。另外每个事件管理器都有两个简单比较输出的PWM，可以用于产生不需要死区设置的PWM。因此，该DSP芯片可以同时产生 16 路 PWM 脉冲，能够实现单 DSP 芯片的多电机控制。

5.2 硬件电路设计

1、总体结构框图

在本文设计的无刷直流电动机控制系统中，采用的TI公司定点DSP：

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

TMS320LF2407A。该DSP是一款专门为控制优化设计的的DSP，特别适合于无刷直流电动机的控制，由于芯片集成了许多直流无刷电动机控制外围电路，具有很高的性价比[17]。

基于DSP的无刷直流电动机控制系统的原理框图如图6所示，TMS320LF2407A负责处理采集到的数据和发送控制命令。DSP 通过捕获单元捕捉电动机转子位置传感器上的脉冲信号，判断转子位置，输出合适的驱动逻辑电平给MOSFET驱动器IR2130，再由MOSFET功率驱动电路驱动电机旋转；DSP的捕获的位置传感器脉冲信号的宽度，计算出电机的当前转速，与电机的设定转速比较后，利用PID算法产生合适的正弦波脉宽调制信号（SPWM）控制电机的转速跟随转速的设定值。DSP经A/D及I/O口采集电机转速的设定值和起停、正反转、制动命令，控制电机的运转状态；驱动保护电路可完成电机的过载、低电压、驱动时序异常等故障保护，虽然TMS320LF2407A集成了32K的Flash程序存储器，但由于位于Flash程序存储器中的程序在调试时不能设置断点。所以，为调试程序方便，拓展了32K SARAM外部程序存储器，调试完成在将程序烧入TMS320LF240的内部存储器中[18]。

无 刷 直 流 电 动 机

转子位置检测电路 MOSFET 驱动器 驱动保护电路 功率驱动电路 DSP TMS320LF2407 转速设定与检测

图6 系统原理框图

5.3 DSP外围电路设计

1、主电路的设计

无刷直流电动机控制系统功率主电路如图7，由于该系统电动机额定电压为36V，额定电流为5V，因此功率电路应属于小功率范围。本系统选用的是MOSFET功率管

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硬件系统设计

IRF2807，采用IRF2807可以获得较快的开关速度，尤其适合驱动小功率电机，其内部漏源极间集成有反向快速回复二极管，直接对MOS管起保护作用而不必外接。旁路电阻R用来检测电机的直流母线上电流，该电流信号I由电阻R的压降测出，不但可以为电流环提供反馈电流信号，还可以通过实时监控电流防止电机过流发生故障，过流信号输入到功率桥的前几驱动芯片和DSP处理器中，在过流时及时封锁功率场效应管门极驱动信号。 2、转子位置检测电路的设计

在无刷直流电机控制系统中，位置传感器一方面用来测定转子磁极的位置，为实现电子转向提供信息；另一方面用来检测电动机转速，为闭环速度反馈提供电动机的实时转速。

36V VT2 VT3

VT4 VT6

图7 电动机控制系统主电路图

VT5 VT2 本设计采用霍尔型位置传感器来采集转子磁极位置。它利用霍尔效应，讲霍尔元件及其半导体集成电路集成在一块N型硅的外延上，其外形与一般小型晶体管相似，体积小，灵敏度高，大多数无刷主流电动机均采用霍尔型位置传感器。

DSP对霍尔传感器进行译码时，不仅要检测霍尔传感器的电平变化，而且要知道电平是高电平还是低电 …… 此处隐藏：2347字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……