基于DSP+CPLD的無刷直流電機(jī)三環(huán)控制設(shè)計(jì)

摘要：以先進(jìn)的TMS320F2812型數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為主控制芯片，利用CPLD實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)(BLDCM)的邏輯換相，以位置環(huán)控制為主，速度環(huán)和電流環(huán)控制為輔，設(shè)計(jì)了一套BLDCM的三環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)數(shù)字電路與功率電路進(jìn)行光耦隔離，確保整個(gè)系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性?？刂栖浖捎枚ㄖ芷诳刂?，循環(huán)等待中斷發(fā)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，具有良好的動(dòng)、靜態(tài)特性，且實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；三環(huán)控制；數(shù)字信號(hào)處理器

1 引言
現(xiàn)有的BLDCM控制系統(tǒng)大多采用單環(huán)控制，很難同時(shí)滿足系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的要求。此處采用TMS320F2812型DSP為主控制芯片，采用EPM3128ATC100-10型CPLD實(shí)現(xiàn)BLDCM的邏輯換相與速度計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的三環(huán)控制。

2 系統(tǒng)組成和工作原理
三相BLDCM的三環(huán)控制框圖如圖1所示。

最內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，次內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，最外環(huán)為位置環(huán)。該三環(huán)控制以位置控制為最終目標(biāo)，給定位置與位置反饋量形成偏差，經(jīng)位置調(diào)節(jié)后產(chǎn)生速度參考量，它與速度反饋量的偏差經(jīng)速度調(diào)節(jié)后形成電流參考量，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度控制，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的位置控制。
系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

BLDCM的三環(huán)控制系統(tǒng)的基本工作原理為：①電機(jī)控制系統(tǒng)與上位機(jī)通過通訊單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通信；②DSP接收位置反饋信號(hào)、電流反饋信號(hào)、速度反饋信號(hào)后，根據(jù)位置指令和位置反饋信號(hào)形成的偏差信號(hào)進(jìn)行控制律的計(jì)算，輸出電機(jī)控制信號(hào)；③CPLD對(duì)電機(jī)霍爾信號(hào)和電機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行邏輯處理產(chǎn)生6路控制功率管開關(guān)的相序，通過隔離電路輸入驅(qū)動(dòng)電路；④驅(qū)動(dòng)電路采用三相全橋方式，采用上橋臂調(diào)制方式，采用驅(qū)動(dòng)芯片IR2130控制逆變電路MOSFET功率管的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的PWM控制；⑤電機(jī)電流經(jīng)過電流采樣電路與隔離放大電路后，送入DSP，形成電流環(huán)。CPLD接收電機(jī)霍爾信號(hào)，經(jīng)計(jì)算得到電機(jī)速度信息，送入DSP，形成速度環(huán)。電機(jī)輸出帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信息，通過位置采樣、放大電路反饋給DSP，實(shí)現(xiàn)位置環(huán)。