基于dsPIC30F6010的直流電動機控制系統

王學福++董玉林

摘 要：文章的目的是設計實現基于dsPIC30F6010微控制器雙閉環直流調速系統，研究數字伺服控制性能及控制方法；找出一種以dsPIC微控制器為核心進行直流調速的具體實現方法。在速度1200r/min進行測試，速度穩態誤差2%；輕載情況下，可實現從50 r/min加速到1560r/min無振動調速。系統組成簡單可靠，對于大負載應用可通過調整軟件PI參數實現。

關鍵詞：直流伺服控制；dsPIC30F6010；PWM技術；PI控制

中圖分類號：TM32 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0054-02

1 概述

伺服系統隸屬于自動控制的一個組成部分，最早是用經典的頻率法來分析和設計的，50年代發展了根軌跡法。但這些方法對于多變量時變系統是無能為力的。60年代發展了現代控制理論，適用多變量時變系統，成為計算機在伺服系統設計理論的發展趨向。本文找出一種利用dsPIC30F6010控制直流調速的具體實現方法。從技術實現角度來看，充分發揮dsPIC運算速度快，控制能力強，精度高等優點，能夠應用于被控目標要求較高的直流伺服系統，在電機控制領域具有廣泛的應用前景。

2 直流電動機的控制系統簡介

圖1是采用dsPIC30F實現的直流電動機控制系統的示意圖。在PC機上用MPLAB IDE編寫的雙閉環程序通過仿真器加載到dsPIC30F6010的芯片中，4路PWM信號經保護電路給功率驅動電路來驅動功率全橋電路，并由功率全橋電路來驅動直流電動機。

3 直流電動機控制系統的硬件設計

直流電動機控制系統硬件框圖如圖2所示。控制系統硬件主要由dsPIC30F6010 DSC硬件開發板、驅動電路、直流電動機、測速電動機及信號調理電路四部分組成。

驅動電路主要由光電耦合隔離電路、功率電路、保護電路組成。

3.1 速度信號采集電路的設計

信號采集包括直流電機電流信號采集和測速電機電壓信號采集。信號采集電路采用TI（德州儀器）公司的高橋臂電流測量監視器芯片INA168。信號采集電路如圖3所示，采樣電阻采用2.5m？贅，電機的最大電流為5A，控制器AD輸入電壓信號為0～5V。按照INA168數據手冊應在信號輸出端接1M？贅的輸出阻抗。

3.2 過流保護電路設計

由三級管和MOSFET共同組成的“泄流”電路共同實現驅動電路和電動機的過流保護。當直流電動機電流過大時，電流檢測監視器INA168輸出的電壓信號經過有反向器組成的施密特觸發整形電路后將觸發電平信號使三級管和MOSFET導通，迫使直流母線電壓降低，以保護驅動電路和直流電動機。電路如圖4所示。

3.3 電壓平移電路設計

MOSFET起動時，需要給電壓平移電容充電。充電動作如圖5所示，通過開通下橋臂（N側）的MOSFET，電壓平移電路電容被充電。控制信號應提供足夠的脈沖數或脈寬使電壓平移電路電容能被完全充電。

4 直流電動機控制系統的軟件設計

軟件設計分為開環和閉環兩部分。其中閉環主要包括轉速、電流PI調節；速度、電流采樣；雙、單極性控制等的設計。圖6為電流PI調節子程序框圖，從框圖中可知防飽和積分PI調節。在實際當中，控制器受到電源額定電壓、額定電流、占空比的影響，輸出電流不可能達到100%。在這時，要求輸出量在一定的范圍內，這就要對輸出量進行一定限制。

5 結束語

本論文設計是采用基于數字信號處理器（DSP）為核心的數字直流電動機伺服控制系統。本文選用H型PWM驅動方式進行控制，分別用單極性和雙極性兩種控制方法進行直流電機調速，為高精度直流電機數字控制提供可行性方案。

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