基于DSP的無刷直流電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 伺服系統(tǒng)的控制策略
本系統(tǒng)是通過電流、速度、位置三閉環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的，其中電流環(huán)和速度環(huán)是內(nèi)環(huán)，位置環(huán)是外環(huán)。

圖2是無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)框圖，在系統(tǒng)中設(shè)置了速度PI調(diào)節(jié)器和電流PI調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間是串級(jí)連接。給定的位置信號(hào)U與反饋的位置信號(hào)position經(jīng)過位置PID調(diào)節(jié)后得到速度的參考值SDref。根據(jù)兩次捕獲的時(shí)間可以計(jì)算出電機(jī)運(yùn)行的速度speed，此速度作為速度參考值的反饋量，經(jīng)過速度PI調(diào)節(jié)后可以得到參考電流Iref，通過電流檢測(cè)電路可以得到電流的反饋量I，再經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)，最后得到的調(diào)節(jié)量用來控制PWM的占空比，即把速度調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)做電流調(diào)節(jié)器的輸入，再以電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。
2．1 電流環(huán)控制
電流環(huán)是通過電流反饋控制使電機(jī)電樞電流線性受控，可達(dá)到電機(jī)輸出力矩的線性控制，并使其動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)快，安全性提高。
在實(shí)際應(yīng)用中，為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減輕DSP負(fù)擔(dān)，采用模擬實(shí)現(xiàn)方法。將電阻串聯(lián)在電樞回路上，同時(shí)起到一個(gè)功率變換電路的過電流保護(hù)作用。通過電流反饋控制使電機(jī)電樞電流線性受控，可達(dá)到電機(jī)輸出力矩的線性控制，并使其動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)快，安全性提高。
電流環(huán)設(shè)計(jì)中，電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器；限幅器可以和電流調(diào)節(jié)器做在一起，限幅值由PWM功放輸入范圍確定；PWM功放選用專用集成電路；濾波保護(hù)網(wǎng)絡(luò)采用LC網(wǎng)絡(luò)提高EMC水平，二極管網(wǎng)絡(luò)保護(hù)PWM功放選；電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器；采樣電阻選用O．1Ω，如果所選PWM功放具有電流測(cè)量端子，也可以直接讀出電機(jī)電流值。

圖3為電流環(huán)控制框圖，R-電機(jī)電樞電阻，Tm-電機(jī)時(shí)常數(shù)。Ks-功率放大器電壓放大系數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)的參數(shù)：PI調(diào)節(jié)器，一階無靜差；輸出最大電流≥0．63 A，反饋系數(shù)為15．873；帶寬≥30 Hz；τi選為電機(jī)等效時(shí)常數(shù)。
2．2 速度環(huán)控制
速度環(huán)是位置環(huán)的重要內(nèi)環(huán)路，速度閉環(huán)可改善控制對(duì)象的線性度，提高速度控制精度，改善電網(wǎng)電壓等對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，提高抗干擾能力，改善系統(tǒng)性能。
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，霍爾傳感器輸出3路180°的交疊信號(hào)，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)60°就有一次換相，只要檢測(cè)兩次換相的時(shí)間間隔就能計(jì)算出電機(jī)的速度。