三相直流无刷电机DSP控制系统的设计(2)

在数控设备伺服控制系统发展史上最先应用的是直流电机，因为它具有简单的电压和电流关系式，控制算法和功率放大器都比较简单，同时具有运行效率高和调速性能好等诸多优点。尽管相对于交流电机而言，直流电动机结构复杂、价格较高，但仍然是目前机电控制中应用最广泛的一类电机。但是传统的直流电机都装有电刷，以机械方式进行换相，因而存在相对的机械摩擦，并因此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点，再加上维护困难等缺点，大大限制了它的应用范围。

科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现，促进的电动机产品的不断推陈出新。针对传统直流电动机的弊病，在二十世纪３０年代，有人开始研制以电子换相来代替电刷机械换相的直流无刷电动机，并取得一定成果。但是由于大功率电子器件当时还处于初级发展阶段，没有找到理想的电子换相装置。１９５５年，美国Ｄ．哈利森等人首次申请了应用品体管换相代替电动机机械换相器换相的专利，这就是现代直流无刷电动机的雏形。尔后经过人们多年的努力，借助霍尔元件来实现换相的直流无刷电动机终于在１９６２年问世，从上世纪７０年代以后，随着电力电子工业的Ｅ速发展，许多新型的高性能半导体器件，如ＧＴＲ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等相继出现，以及高性能永磁材料，如钐钴、钕铁硼等的问世，均为无刷电动机的广泛应Ｊ｛ｊ奠定了坚实的基础。２０世纪８０年代，人们发现了被称为“一代磁王”的钕铁硼材料——简称稀土永磁材料。使用它可以明显的减轻电机的重量和减小电机的外型尺寸。还可以获得高的节能效果和提高电机的性能。例如采用稀土高性能永磁材料做转子的稀土永磁无刷直流电机，具有体积小、重量轻、电磁转矩脉动小、出力大、结构简单、工作可靠、调速性能好、免维护等优点，非常适用于数控设备中的伺服驱动。我国是稀土的高出产国家，研究稀土永磁无刷电机更具有现实意义ＩｌＩ。

与经常应用在电机控制中的有刷电机相比，ＭＣＵ控制的无刷直流（ＢＬＤｃ）电机消除了刷子磨损和换相器弧形机构，这样电机的寿命本质上仅仅受限于轴承的寿命。此外。基于ＷＣＵ的ＢＬＤＥ电机系统的优势还包括高效率、高转矩一惯量比、更高的速度性能、低噪声、更好的热效率和低删Ｉ特性。

１．２无刷直流电动机的应用

由于无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点，故在当今国民经济的各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。无刷直流电动机的应用主要分为以下几类‘３ｊ： 定速驱动机械

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

东南大学硕Ｌ学位论文

一般工业场合不需要调速的领域往往大多数采用三相或单相交流异步和同步电机。随着电力电子技术的进步，在功率不大于１０ＫＷ且连续运行的情况下，为了减小体积。节省材料，提高效率和降低损耗，越来越多的电机正被无刷直流电机所取代，这类应用有：自动门、电梯、水泵、风机等。而在功率较大的场合，由于一次成本和投资较大，除了永磁电机以外还需要增加驱动器等设备，因此目前较少应用无刷电机。

●可调速驱动机械

速度需要任意设定和调节，但控制精度要求不高的调速系统。这类系统分为两种：一种是开环调速系统，另一种是闭环调速系统（此时的速度反馈器件多采用低分辨率的脉冲编码器或交、直流测速等）。通常使用的电机主要有三种：直流有刷电机、异步电机和直流无刷电机。这在包装机械、食品机械、印刷机械、物料输送机械、纺织机械和交通车辆中有大量应用。

可调速系统应用领域晟初用的最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制器的发展，交流变频技术获得了广泛的应用，变频器和交流电机渗透剑原来直流调速系统应用的绝大多数领域。近几年来，由于无刷直流电机体积小、重晕轻和高效节能等优点的日益突出，中小功率交流变频系统正逐渐被无刷直流调速系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来变频系统应用较多的领域。而在一些直接由蓄电池供电的应用领域，现在更多的使用直流无刷电动机。

●精密控制

伺服电动机在工业自动化领域的高精度控制中一直扮演着十分重要的角色，应用场合不同，对伺服电动机的控制性能要求也不尽相同，在实际的应用中，伺服电动机有各种不同的控制形式：转矩控制／电流控制、速度控制、位置控制。无刷直流电动机由于良好的控制性能，在高速、高精度定位系统中逐步的取代可直流电机和步进电机，成为现代伺服系统首选的电机之一。目前，扫描仪、摄影机、ＣＤ光驱驱动、医疗诊断ＣＴ、计算机硬盘驱动和数控车床驱动中等都广泛的采用了无刷直流电机伺服系统用丁二精密控制。

●其他应用

家用电器如自动洗衣机，ＣＤⅡ目机等；军事应用如潜艇，军舰上；还有大型同步电机的启动等。

１．３无刷直流电机控制器的发展

对于无刷直流电动机的控制器，当前主要有专用集成电路（ＡＳＩＣ）控制器、微处理器（ＭＣＵ）和数字信号处理器（ＤＳＰ）三种。

专用集成电路（ＡＳＩＣ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ），当今几乎所有先进半导体厂商都进行设计和生产，如Ｍｏｔｏｄｏｒａ的ＭＣ３３０３５、ＭｉｃｒｏＬｉｎｅａｒ的ＭＬ４４２５／４４２６、ＴＩ的ＵＣｌ／２／３６２５等。电动机专用芯片不具有用户可编稃的特点，而且实现的控制作用非常简单（受芯片内部结构决定），而且难以做到将来的升级，这就为整个电动机控制系统的控制灵活性和升级带来不便。

从２０世纪７０年代以来，通用单片机开始在电动机控制系统中广泛应用，如８９Ｃ５１和ＰＩＣｌ８ＦＸＸ３１单片机等。在单片机控制系统中，单片机作为系统的硬件核心，主要用来完成一些控制算法，同时还要处理一些输，Ｖ输出，显示任务等，单片机的使用使电动机控制系统的性能得到了很大提高。然而，受单片机本身结构的限制，以此为核心所组成的单片机控制系统仍然需要较多的元器件，例如：需要外部扩展存储器，外接模拟／数字（Ａ／Ｏ）转换器等来实现模拟信号输入和控制等。系统中元器件的增加使得系统的可靠性，可维护性降低，增加了印制电路板的尺寸，同时也增：ＪｎＴ系统的成本；单片机的处理速度都比较慢，因此，对于一些可以提高

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

第一章绪论

系统性能的复杂控制算法，如ｌ（ａｌｍａｎ滤波，模糊控制，鲁棒控制等，很难做到实时执行。此外。现代电动机广泛采用刚控制方法，而在一般单片机中都没有可产生Ｐ吼脉冲的硬件设备，为了产生Ｐ哪波，在单片机中都是通过软件编程来实现，这从—个侧面限制了该类系统性能的提高。因此，基于单片机的 …… 此处隐藏：2786字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……