一種新型直流電機控制器

殷興光

摘 要： 過去控制直流電機多由單片機完成，其不但接口繁瑣，而且速度慢，不易在高溫、高壓等惡劣環境下工作。針對電壓閉環和電流閉環直流調速系統的不足，采用數字信息化的方法，設計一種基于DSP控制器的通用電機調速系統，并將其應用于電動車驅動系統電機控制中。仿真結果表明，該系統工作穩定可靠，運行速度提高了60%以上，達到了設計要求。

關鍵詞： DSP； 直流調速； 電動車； PWM

中圖分類號： TN710?34； TP272 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0154?02

以前控制直流電機多由單片機完成。該方式缺點是接口繁瑣、速度慢，且不易在高溫、高壓等惡劣環境下工作[1]。采用一種新型直流電機控制器——DSP控制器解決了單片機控制的缺點，其具備很多優點，該控制器不僅具有面向電機的控制能力，同時它便于修改控制參數以及具有自診斷等功能[2]。

1 直流電機控制器硬件平臺設計

該調速系統主要由DSP芯片、脈寬調制電路、功率驅動電路、電機以及電流/電壓傳感器組成。TMS320LF2407是TI公司專門針對電機、逆變器、機器人、數控機床等控制而設計[3]，工作溫度范圍為-40～125 ℃，針腳數為144，頻率為30 MHz，電源電壓最大為3.6 V，最小為3 V。存儲器容量RAM為5 KB，接口類型為CAN、SCI、SPI，封裝類型為剝式[4]。圖1為基于DSP控制器結構框圖。

將傳感器檢測到的反映電機狀態的電壓、電流、轉速信號傳向DSP控制器A/D轉換器[4]，經過模/數轉換后的信號和它們相應的設定值經過DSP中的控制算法處理后，就產生一個PWM波的控制輸出量[5]。PWM經濟、節約空間且抗噪性能強，是一種值得使用的有效技術。這個PWM波輸出量經過脈寬調制后加載到驅動電路中并調節電樞電流，直至直流電機調速系統達到穩態。

2 軟件控制

2.1 TMS320LF2407 DSP控制軟件

TMS320LF2407 DSP控制軟件流程圖如圖2所示。

對TMS320LF2407 DSP的軟件控制首先對寄存器進行初始化。過段時間后對輸入、輸出（I/O）口及模數（A/D）采樣寄存器進行初始化，其次讀取設定電流及細分數和E2PROM中電機轉子初始位置。E2PROM 是“電可擦除可編程只讀存儲器”，最后DSP的參數變量進行初始化，過段時間后取得ia、ib電流偏移量。同時中斷啟動，允許PWM輸出控制量，并反復檢測細分開關狀態及記錄轉子位置。

2.2 轉子位置和速度檢測

位置檢測不但用于換相控制，而且還能產生速度控制量。位置信號是通過3個霍爾傳感器得到的，霍爾傳感器根據霍爾效應工作的[6]。

3 測試結果與分析

使用TMS320LF2407 仿真器進行調試，實驗電機采用永磁直流電機[7]，其參數如下：額定功率[P=20 kW]，額定電壓[UN=120 V]，額定電流[IN=180 A]，額定轉速[nN=3 000 r/m]，電樞電阻[Ra=0.018 4 Ω]。電感[L=0.128 mH]，折算到電動機軸上拖動系統飛輪慣量[GD2=J=17.4 N?m2]。電磁時間常數[Kt=6.96 ms]，電勢常數[Ke=0.042 1 V/（r/m）]，轉矩常數：[Km=0.4 N?m/A]，機電時間常數[tm=20 ms]。圖3為PWM輸出曲線，由圖4可知，在電流閉環作用下，電流迅速上升至指定值并穩定下來，直到電壓上升到最大允許值。此后，電壓穩定下來而轉速繼續上升，因此電流急速下降，直到與負載電流相等為止，這時基本達到穩態狀態[9]。

4 結 語

本文在電壓閉環系統改進的基礎上，構建了基于DSP控制的全數字直流PWM調速系統。將工業控制中普遍使用的算法用在DSP上可以很好的實現，可用于直流電機控制的PWM波形輸出。實驗證明該系統控制準確且運行速度提高60%以上，電機轉速平穩，在工業生產中可推廣使用。

參考文獻

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[2] 章瑋，姚維，潘再平，等.數字信號處理器（DSP） 在電機控制中的應用[J].中小型電機，2009，28（4）：33?35.

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