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《西安理工大学》 2001年
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基于DSP的永磁无刷直流电动机无传感器控制系统的研究

余志平  
【摘要】: 出于永磁无刷直流电动机具有优良的特性,因而在工业场合用途广泛。本文对 基于DSP 的永磁无刷直流电动机无传感器控制系统进行了研究,提出了基于 TMS320F240 DSP的永磁无刷直流电动机反电势法无传感器控制的控制方案。 文中首先综述了目前国内外交流电机控制的发展概况及趋势,简要介绍了永磁 无刷直流电动机的控制策略,以及 TMS320F240 DSP的结构和特点。 在系统的硬件设计中,处理器采用TMS320F240数字信号处理器(DSP);逆变 器采用智能功率模块(IPM),并采用高速光耦对其驱动;设计了必要的保护电路(包 括:过压保护、过流保护、缺相保护、电机过热保护、IPM模块故障等保护电路, 以及相应的故障信号处理电路)。本系统还设计了信号采集电路,用于测取的控制系 统所需的外部信号(三相端电压信号和相电流反馈信号)。整个系统硬件结构紧凑、 工作可靠。 在无传感器控制方案设计中,在分析了目前用于无刷直流电动机无传感器控制 各种方法的优势和缺陷的基础上,并结合TMS320F240 DSP适用于电机数字化控制 的功能,提出了无刷直流电动机无传感器控制的具体实现方案。该方案的特点是采 用反电势法检测电机转子位置信号,通过比较三相端电压信号来获取反电势信号的 过零点,反电势信号的过零点即代表了转子的若干个关键位置;转速信号根据转子 位置信号的变化经计算得到;相电流信号的采样仅用了一个霍尔电流传感器,文中 阐述了单电流传感器实现相电流捡测的原理;相电流和端电压的信号采样采用了软 件滤波,充分利用了DSP高效的运算处理能力;电机的起动方式采用预定位起动方 式,简化了起动程序,并且能够保证电机转子在任何位置都能可靠起动。 系统软件包含初始化模块和无传感器方式运行模块,其中无传感器方式运行模 块完成电机起动及无传感器闭环控制两大功能。本系统的软件设计,结构合理功能 充善,占用系统资源少,仅仅采用了一个通用定时计数器 TI就实现了 PWM输出、信 号采集时序、电流环和速度环周期产生、移相时间控制等功能。程序总长不超过800 行,并且绝大多数指令为单周期指令。 l MS 一 在系统控制器的设计中,按照经典控制理沦并依拥无刷直流电动机的传函模型, 从内环到外环依次对系统的电流环和速度环进行了设计和实现。出于没有速度传感 器,文中给出了速度反馈值的计算公式,并对速度反馈做了误差分析。文中还利用 MATLABS.3分别给出了电流环和速度环的阶跃响应仿真波形I 在本文的实验部分,给出了电流和转速的实验波形。实验结果较为理想,电机 的调速范围可达到 100rpm~2000rpm。 通过本课题的研究,得到以下结论: ①TMS320F240 DSP具有强大的功能,将其用于永磁无刷直流电动机无传感器 控制系统简化了硬件结构,并提高了系统可靠性。 ②IPM具有高集成度高可靠性等优点,驱动控制电路简单,减小了硬件体积, 确为一理想的开关元件,但仍须重视对器件的保护。- ③本系统设计的保护电路功能完善,能够有效地保证系统安全、可靠地工作。 ④反电势法无传感器控制,简单实用,但存在不少问题。本文针对反电势法存 在的问题,做了一定的改进性设计。 ⑤系统总体设计遵循了安全、可靠、简单、实用的原则,本系统所设计的控制 方案对实际的产品设计具有一定的指导意义。 综上所述,本文所提出和设计的控制方案,经实验证明是可行的,本文所研究 的控制系统达到了设计任务的要求。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TM301.2;TM33

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