TMS320C2812在無刷直流電動機控制中的應用
[導讀]TI公司新推出的TMS320C2812是定點DSP數字信號處理器，作為電機控制系列專用高端產品，在實現(xiàn)電機控制中能充分利用其高精度處理器的優(yōu)勢，更好地發(fā)揮無刷直流電動機良好的控制特性。本文主要介紹利用這種型號的DSP實現(xiàn)對無刷直流電動機控制的過程及達到的效果。
1引 言
近年來，由于新型稀土永磁材料的出現(xiàn)，采用電子換向裝置的的稀土永磁無刷直流電動機在航空、航天和電氣傳動等方面的應用日益廣泛。在高精度電機控制系咎中，采用無刷直流電動機作為驅動裝置可使其在重量、功率及控制特性方面有很大的改善。TI公司新推出的TMS320C2812是定點DSP數字信號處理器，作為電機控制系列專用高端產品，在實現(xiàn)電機控制中能充分利用其高精度處理器的優(yōu)勢，更好地發(fā)揮無刷直流電動機良好的控制特性。本文主要介紹利用這種型號的DSP實現(xiàn)對無刷直流電動機控制的過程及達到的效果。
2 基本結構及應用
2．1 TMS320C2812的基本結構
TMS320C2812型DSP是TI公司C2000系列電機控制專用電路的高端產品，是定點32位數字信號處理器，指令周期可達150 MHz．內含128位Flash和兩個通用事件管理器,可用于捕獲位置脈沖和編碼脈沖，產生脈寬調制輸出信號：還有16通道12位高精度MD轉換模塊，并可拓展外部存儲器。這種DSP可以滿足各類復雜電機的控制。
2．2 PWM控制信號的產生
根據無刷直流電機的控制需要．由DSP產生PWM控制信號。下面以單路PWM信號的產生過程為例，如圖1所示，DSP事件管理器A中的定時器l作為產生PWM信號的時基，通過控制寄存器T1CON和給定定時周期TlPR設置時鐘周期．定時器計數模式為連續(xù)增減模式；通過寄存器(COM-CONA)設置比較單元的各個參數,產生出對稱的三角波信號，在寄存器CMPRl和ACTRl中分別設置閾值和比較輸出方式，設定的閾值實時與三角波信號比較，得到相應占空比的PWM信號。
理想的無刷直流電動機的感應電動勢的計算公式是：
E=3/3πpβLrω (1)
式中：NP是通電導體數；β是永磁體產生的氣隙磁通密度；L是轉子鐵心長度：r是轉子半徑：ω是轉子的機械角速度。
由式(1)可以看出，感應電動勢與轉子的轉速成正比。感應電動勢E與直流電源電壓U的關系為：
E=dU
式中：d為控制信號有效電平的占空比。直流電源電壓恒定，可推導出轉子轉速與占空比d成正比，因此可以通過調整d的大小即調整PWM信號有效電平的寬度達到控制轉速的目的。
由DSP產生的PWM信號根據相應寄存器設置，由于定時器1采用連續(xù)增減計數模式．故有效電平的占空比d的表達式為
d=(2T1PR-2CMPRl)／2T1PR (3)
結合式(1)和(2)，在程序設計上，可以改變CMPRl的值來控制電機的轉速。
3 系統(tǒng)及硬件組成
無刷直流電動機控制系統(tǒng)由TMS320C2812型DSP、功率變換電路及執(zhí)行電機組成，其系統(tǒng)結構框圖如圖3所示。
3．1 執(zhí)行電機與轉子位置傳感器
系統(tǒng)中采用的是四通電機公司無刷直流電動機系列中的永磁方波電機，電機集成了霍爾傳感器作為轉子的位置傳感器，實時檢測電機轉子相對定子繞組的位置。實時輸出3路位置脈沖信號HU．HV，HW，根據3路信號的不同組合。共有6個狀態(tài)．循環(huán)5次，在電機旋轉360°的過程中，共有30個狀態(tài)可以用來精確判斷當前轉子所在的位置．為實現(xiàn)DSP對電機的控制提供反饋位置和速度信號。
3．2 功率變換電路及驅動電路
功率變換電路主要包括整流、濾波、逆變及保護隔離電路。采用三菱公司生產的PSll032型ASIPM智能一體化模塊作為高度集成化的功率模塊，ASIPM內部集成了整流橋、逆變橋及隔離保護電路，便于提高控制效果和減小功率。
3．3 外部隔離和電平轉換電路
系統(tǒng)采用TLP521型光耦電路作為霍爾傳感器和DSP捕捉引腳的接口。對傳感器的位置脈沖信號進行濾波和保持；采用HP4504型光耦電路將DSP輸出的3．3 V高電平轉換為ASIPM模塊需要的標準5V高電平。
針對此系統(tǒng)中的Y型聯(lián)結三相繞組電機，根據ASIPM模塊的內部結構．控制電路采用兩兩導通方式。DSP產生的PWM信號的相序如圖4所示。6路PWM控制信號經由光耦電路輸入到ASIPM模塊逆變橋的6路開關控制端UP、UN、VP、VN、WP和WN,驅動功率模塊帶動電機，通過調整占空比的大小達到控制轉速的目的。
圖5示出經過HP4504型光耦電路前后的波形,左右兩圖分別為不同占空比下測得到的PWM信號波形。其上部波形為DSP輸出的PWM信號，高電平有效,下部波形為經光耦后的信號，反相后輸入到ASIPM模塊，低電平有效。通過程序設定的電機給定轉速為320 rad／s。
4 結束語
試驗波形表明,利用TMS320C2812型DSP構建的無刷直流電動機控制器控制方式簡單，輸出信號穩(wěn)定,調速性能良好，可以應用于各種高精度調速系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)。
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