基于DSP無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的研究

摘要：采用DSPTMS320F2812來控制永磁無刷直流電動機(jī)，并且對整個控制系統(tǒng)原理進(jìn)行了介紹與說明。通過上位機(jī)(PC機(jī))來對電流、轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)值設(shè)置，DSP作為下位機(jī)來接受參數(shù)并且實(shí)時進(jìn)行檢測，根據(jù)模糊PID控制算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和處理，達(dá)到實(shí)時的處理效果，并且上位機(jī)采用VC++進(jìn)行編程，友好的人機(jī)界面，操作方便簡單。整個控制系統(tǒng)性能高，而且易于控制算法的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：DSP；TMS320F2812；無刷直流電動機(jī)；模糊PID；模糊控制器

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多高性能功率器件以及新型高性能稀土永磁材料，這些都為無刷直流電機(jī)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)今，無刷直流電動機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，如多電飛機(jī)燃油系統(tǒng)、多電飛機(jī)剎車系統(tǒng)、醫(yī)療器械、家用電器等方面的應(yīng)用，在航空航天等國防工業(yè)中也具有越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號處理技術(shù)DSP及其硬件芯片微處理器技術(shù)迅猛發(fā)展，它不僅能實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性而且能夠簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)功能，具有控制靈活，智能水平高，參數(shù)易改等特點(diǎn)，所以DSP無刷直流電動機(jī)的控制系統(tǒng)運(yùn)用前景廣泛，實(shí)用性高。

1 系統(tǒng)原理及構(gòu)成
無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的原理：無刷直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電流近似呈線性關(guān)系，即改變電流的大小就可改變電磁轉(zhuǎn)矩的大??；電機(jī)的轉(zhuǎn)速與反電勢為正比關(guān)系，由電機(jī)反電勢和外加電壓的平衡關(guān)系可以得出，電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變可以通過調(diào)節(jié)外加電壓來實(shí)現(xiàn)，所以只要改變逆變器的占空比就可實(shí)現(xiàn)。圖1為無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。

整個控制系統(tǒng)采用分布式控制，上位機(jī)為PC機(jī)用來輸入和顯示速度及電流的設(shè)定值，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存及系統(tǒng)的錯誤報警，采用VC++程序進(jìn)行界面設(shè)計和編寫。下位機(jī)采用DSP TMS320F2812，該芯片產(chǎn)生輸出PWM信號輸入IPM模塊，該模塊包括三相橋式逆變電路和電流反饋電路，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時DSP接收電流的反饋信號，與電流設(shè)定值進(jìn)行比較。位置傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，輸入到DSP中，并且根據(jù)計數(shù)器測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度反饋。

2 模糊PID控制
無刷直流電動機(jī)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合的對象，因而單一的運(yùn)用PID控制算法不能夠得到較為精確的控制結(jié)果。而模糊控制是依賴于人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，針對非線性和時變的系統(tǒng)具有較好的控制能力。在無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)中把模糊控制和PID相結(jié)合，不僅可以得到較快的響應(yīng)速度和參數(shù)變化的魯棒性，而且可以對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較高精度的控制。