基于TMS320F2812無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
眾所周期，無刷直流電機(jī)既具有交流電機(jī)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電機(jī)運(yùn)行效率高，不受機(jī)械換向限制，調(diào)速性能好，易于做到大容量、高轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)。TI公司的TMS320F2812數(shù)字信號處理器(DSP)既具有高速信號處理和數(shù)字功能所需的體系結(jié)構(gòu)。還具有專為電機(jī)控制應(yīng)用提供單片解決方案所需的外圍設(shè)備。以TMS320F2―812為核心的全數(shù)字電機(jī)控制系統(tǒng)極大地簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，并對無刷直流電機(jī)的普及應(yīng)用具有良好的前景。為此，提出了一種基于TMS320F2812的全數(shù)字永磁無刷直流電機(jī)控制方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三相Y型永磁方波無刷電機(jī)PWM控制方案，通電方式為兩兩通電。圖1給出控制系統(tǒng)原理框圖。它采用全數(shù)字三閉環(huán)控制。其中，電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，速度環(huán)采用遇限削弱積分的積分分離PID控制算法，它的輸出極性決定了正反轉(zhuǎn)方向，從而可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。位置環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。逆變器采用全橋型PWM調(diào)制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖2給出基于TMS320F2812的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。采用TMS320F2812作為控制器，用于處理采集到的數(shù)據(jù)和發(fā)送控制命令。TMS320F2812控制器首先通過3個(gè)I／0端口捕捉直流電機(jī)上霍爾元件H1，H2，H3的高速脈沖信號，檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置發(fā)出相應(yīng)的控制字，以改變PWM信號的當(dāng)前值，進(jìn)而改變直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(全橋控制電路IGBT)中功率管的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。電機(jī)的碼盤信號A，B通過TMS320F2812 DSP控制器的CAPl，CAP2端口捕捉的。捕捉到的數(shù)據(jù)存儲在寄存器中，通過比較捕捉到A，B兩相脈沖值，以確定當(dāng)前電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。在系統(tǒng)運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路檢測當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)過流或欠壓狀況，PWM信號驅(qū)動(dòng)器(IR2131)啟動(dòng)內(nèi)部保護(hù)電路，鎖存后繼PWM信號輸出，同時(shí)通過FAULT引腳拉低TMS320F2812控制器的PDPINTA引腳電壓，啟動(dòng)DSP控制器的電源驅(qū)動(dòng)保護(hù)。這時(shí)所有EV模塊的輸出引腳將被硬件置為高阻態(tài)，從而保護(hù)控制系統(tǒng)。以下主要介紹系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子位置檢測電路、相電流檢測電路、驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)保護(hù)電路等。