基于DSP無刷直流電動機控制系統(tǒng)的研究

摘要：采用DSPTMS320F2812來控制永磁無刷直流電動機，并且對整個控制系統(tǒng)原理進行了介紹與說明。通過上位機(PC機)來對電流、轉(zhuǎn)速進行數(shù)值設置，DSP作為下位機來接受參數(shù)并且實時進行檢測，根據(jù)模糊PID控制算法對數(shù)據(jù)進行調(diào)整和處理，達到實時的處理效果，并且上位機采用VC++進行編程，友好的人機界面，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現(xiàn)。
關鍵詞：DSP；TMS320F2812；無刷直流電動機；模糊PID；模糊控制器

隨著現(xiàn)代電力電子技術的發(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的應用奠定了基礎?，F(xiàn)今，無刷直流電動機應用的領域非常廣泛，如多電飛機燃油系統(tǒng)、多電飛機剎車系統(tǒng)、醫(yī)療器械、家用電器等方面的應用，在航空航天等國防工業(yè)中也具有越來越廣泛的應用。數(shù)字信號處理技術DSP及其硬件芯片微處理器技術迅猛發(fā)展，它不僅能實現(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，所以DSP無刷直流電動機的控制系統(tǒng)運用前景廣泛，實用性高。

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

整個控制系統(tǒng)采用分布式控制，上位機為PC機用來輸入和顯示速度及電流的設定值，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存及系統(tǒng)的錯誤報警，采用VC++程序進行界面設計和編寫。下位機采用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)動電機轉(zhuǎn)動，同時DSP接收電流的反饋信號，與電流設定值進行比較。位置傳感器檢測電機轉(zhuǎn)子位置，輸入到DSP中，并且根據(jù)計數(shù)器測得電機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度反饋。

2 模糊PID控制
無刷直流電動機是一個多變量、非線性、強耦合的對象，因而單一的運用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)驗進行控制，不需要建立被控對象的精確數(shù)學模型，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速度和參數(shù)變化的魯棒性，而且可以對系統(tǒng)實現(xiàn)較高精度的控制。