基于DSP的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
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2.2驅(qū)動部分
驅(qū)動部分的控制核心是MC33035，驅(qū)動器件是IR2183和IRGP50B60PD1。MC33035作為驅(qū)動部分的控制核心，根據(jù)電機(jī)霍爾反饋的位置信號，分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，以控制IGBT的開關(guān)。
雖然IGBT具有優(yōu)越的通態(tài)特性，但要將IGBT瞬間完全關(guān)斷仍不容易。調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，IGBT關(guān)斷時(shí)的一點(diǎn)點(diǎn)毛刺，就會導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。這就要求在電路設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)的措施，如在IR2183輸出端與IGBT連接的地方串接一電阻等;在PCB布板走線時(shí)更要嚴(yán)格注意，布局要對稱。
電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是MC33035的11腳（誤差信號放大器同向輸入端）接受控制部分給出的控制電壓，根據(jù)此電壓的不同，內(nèi)部產(chǎn)生脈寬調(diào)制（PWM）信號，控制3個(gè)下側(cè)驅(qū)動輸出，通過改變輸出脈沖寬度來改變IGBT導(dǎo)通時(shí)間的長短，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.3顯示部分
顯示部分的主控元件是AT89C51，顯示部分與驅(qū)動部分之間通過AT89C51和2812的串行口（即用通信方式）傳遞指令。同時(shí)顯示部分所需的5V電源由控制部分提供。
這里轉(zhuǎn)速的采集是用AT89C51的計(jì)數(shù)端去采集霍爾輸出的脈沖信號，將此信號換算成頻率后送七段數(shù)碼管顯示，在此AT89C51擔(dān)當(dāng)了一個(gè)頻率計(jì)的功能。
系統(tǒng)讓用戶通過鍵盤輸入轉(zhuǎn)速，而不是通過電位器調(diào)節(jié)。因?yàn)殡娢黄鬏敵龅氖且粋€(gè)模擬量，通過2812內(nèi)部集成的A/D來采集這個(gè)電壓量時(shí)并不穩(wěn)定，會略微地漂移，這種略微的漂移會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速較大的波動。為了避免這種波動，本系統(tǒng)使用了全數(shù)字量的鍵盤，AT89C51從鍵盤讀入數(shù)字量，然后將此量通過通信口傳給2812，以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字無級調(diào)速控制。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想是通過不斷采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，與給出的速度指令相比較后，利用PID算法，同時(shí)綜合濾波算法，不斷修正速度誤差，直到采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)給定的轉(zhuǎn)速相同，程序就認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)入鎖了。系統(tǒng)控制時(shí)始終監(jiān)視電機(jī)電流和位置反饋，一旦出現(xiàn)異常，就啟動相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制，并讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
實(shí)際速度的測量是程序每隔20ms從霍爾元件反饋處讀脈沖，讀到一個(gè)脈沖就記一轉(zhuǎn)，共采樣10次記一個(gè)周期，即程序統(tǒng)計(jì)200ms內(nèi)的脈沖數(shù)來計(jì)算電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
按照這種計(jì)算方法，系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差是75轉(zhuǎn)/分，已完全滿足高速電機(jī)的誤差要求。
為了電機(jī)工作安全，系統(tǒng)除了設(shè)置過流保護(hù)外，還為用戶設(shè)置了電機(jī)最大速度越限報(bào)警，系統(tǒng)程序在工作時(shí)，會不斷與這個(gè)最大速度比較，一旦檢測到電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過用戶給定的最大轉(zhuǎn)速，立刻會超速報(bào)警，同時(shí)讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
控制部分與PC以及顯示部分的通信都采用以下的通信協(xié)議：
19200bps,8bit,1start,1stop,無奇偶校驗(yàn)
此外，對于電機(jī)的冷卻裝置，系統(tǒng)預(yù)留了相應(yīng)的信號接口，可根據(jù)實(shí)際需要，外接相應(yīng)冷卻裝置，用以提高電機(jī)的安全性能。
4 系統(tǒng)操作界面
操作界面根據(jù)實(shí)際的操作需要，進(jìn)行了人性化設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了速度監(jiān)測曲線，方便用戶觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。此外，用戶通過操作界面可以方便地進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和更改。
5 結(jié)論
本電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際測試，控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，帶載時(shí)的控制精度也在75轉(zhuǎn)偏差內(nèi)，與理論值接近，實(shí)際調(diào)試時(shí)進(jìn)行過載及超速等實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，控制過程安全可靠。本系統(tǒng)使用了功能強(qiáng)大的DSP（TMS320F2812）芯片，系統(tǒng)擴(kuò)展空間大，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行擴(kuò)展。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：①本調(diào)速系統(tǒng)綜合了TMS32F812和MC33035;②電機(jī)轉(zhuǎn)速的人工輸入使用了全數(shù)字量的鍵盤;③控制系統(tǒng)用485總線與PC進(jìn)行通信;④所有信號線的連接處用光耦完全隔離，使各部分之間不相互影響，保證工作的絕對安全。
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