跟着社会出产力的开展，需求不断地开发各种新式电动机。新技术新材料的不断涌现，促进了电动机产品的不断移风易俗。无刷直流电机坚持着有刷直流电机的优秀机械及操控特性，在电磁结构上和有刷直流电机相同，但它的电枢绕组放在定子上，转子上放置永久磁钢。定子选用方位传感器完结电子换相来替代有刷直流电机的电刷和换向器，各相逐次通电发生电流，定子磁场和转子磁极主磁场相互效果发生转矩。和有刷直流电机比较，无刷直流电机因为取消了电机的滑动触摸组织，因而消除了毛病的首要本源。转子上没有绕组，也就没有了励磁损耗，又因为主磁场是安稳的，因而铁损也是极小的，因而进一步添加了作业的可靠性。
1 无刷直流电机操控原理
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。
操控电路对转子方位传感器检测的信号进行逻辑改换后发生脉宽调制PWM信号，通过驱动电路扩大送至逆变器各功率开关管，然后操控电动机各相绕组按必定次序作业，在电机气隙中发生跳跃式旋转磁场。下面以两相导通星形三相六状况无刷直流电动机为例来阐明其作业原理。无刷直流电机主回路原理图如图1所示。
当转子稀土永磁体坐落图2(a)所示方位时，转子方位传感器输出磁极方位信号，通过操控电路逻辑改换后驱动逆变器，使功率开关管V1、V6导通。即绕组A、B通电，A进B出。电枢绕组在空间的组成磁势Fa如图2(a)所示。此刻定转子磁场相互效果拖动转子顺时针方向滚动。电流流转途径为：电源正极→V1管→A相绕组→B相绕组→V6管→电源负极。当转子转过60°电视点，抵达图2(b)中方位时，方位传感器输出信号经逻辑改换后使开关管V6截止，V2导通，此刻V1仍导通。则绕组A、C通电，A进C出，电枢绕组在空间组成磁场如图2(b)中Fa。此刻定转子磁场相互效果使转子持续沿顺时针方向滚动。电流流转途径为：电源正极→V1管→A相绕组→C相绕组→V2管→电源负极，依此类推。当转子持续沿顺时针每转过60°电视点时，功率开关管的导通逻辑为3V2→V3V4→V5V4→V5V6→V1V6→V1V2→V3V2→……，则转子磁场一直遭到定子组成磁场的效果并沿顺时针方向接连滚动。本规划中的无刷直流电机是一台额外功率为1.5 kW，额外转速为4 000 r/min的无刷直流电机，供电为270 V直流，依据电机自身特性进行体系及各模块规划。
2 体系构成
图3为体系构成框图。操控器选用高性能的数字信号处理器TMS320F2812作为操控中心，电流采样及方位检测选用了芯片内置模块，完结了高度的集成化;以高精度霍尔传感器作为体系方位反应元件;以高精度检测电阻作为电流反应元件;构成数字化速度和电流双闭环操控体系。考虑到电机PWM驱动信号的载波频率比较高，功率模块挑选了MOSFET开关管。
由图4能够看到这是一个典型的双闭环调速体系，包含一个速度调理环和一个电流调理环。首要依据检测到的转子方位信号，核算得到电动机的当时滚动速度，然后与速度参考值比较得到速度误差值，通过一个PID操控器后得到相应的电流参考值。该电流参考值与实践的电动机的电流反应值进行比较，误差的值经PID调理后将生成的PWM信号加到电动机的功率驱动主回路上。通过操控功率管的注册次序和时刻，可改动电动机定子绕组中的电流巨细和绕组的导通次序，然后完结对直流无刷电动机转速的操控。
3 体系各模块完结
3.1 电流的检测和核算
电流的检测是选用精度较高的检测电阻来完结的，将检测电阻串联接到直流母线中。电阻值的挑选考虑了当过流发生时能输出的最大电压。
每—个周期对电流采样一次。本规划中PWM周期为50μs，则电流的采样频率为20 kHz。开关管选用PWM操控，载波为三角波。在PWM周期的“开”的瞬间，电流上升并不安稳也不易采样。所以电流采样时刻应该是在PWM周期的“开”的中部，如图5中的箭头即为电流采样肘刻。电流采样通过DSP定时器选用接连增减计数办法的周期匹配事情发动ADC转化来完结。
3.2 方位检测和速度核算
无刷直流电机需求不断地对三相无刷直流电动机进行换向。把握好恰当的换相时刻能够减小转矩的动摇。因而方位检测是非常重要的。一起通过方位检测信号核算出当时电机的速度数据。
方位信号是通过3个霍尔传感器得到的。每一个霍尔传感器都会发生180°脉宽的输出信号，3个霍尔传感器的输出信号有120°相位差。通过将DSP设置为双沿触发捕捉中止功用，就能够取得这6个时刻。通过将DSP的捕捉口CAP1～CAP3设置为I/O口、并检测该口的电平状况，就能够知道每个霍尔传感器的电平状况然后得到当时转子的方位。
运用方位信号来核算电机当时的转速。电机每个机械转有六次换相，也便是转子转过60°机械角就有一次换相。通过DSP的定时器测得两次换相的时刻间隔，就能够核算出两次换相间隔期间的均匀角速度。
3.3 其他体系模块的规划
本体系中电机的转速设置有两种办法，一种是选用电位计分压的办法，因为DSP2812的A/D模块的电压采样规模是0～3.3 V，所以电位计供电也为3.3 V。别的一种办法是选用DSP2812内置的SCI模块与上位机PC端进行通讯，通讯办法选用RS485通讯总线。RS485总线选用差分传输，抗干扰才能强、传输间隔远。电流设置也选用DSP2812的A/D模块采样电位计分压的办法。
4 软件体系规划
TMS320F2812是由德州仪器公司出产的，指令处理速度高达150MIPS的数字信号处理器，专门为工业自动化及自动化操控等运用而规划。软件体系选用结构化程序规划，在TI专用集成开发环境CCS中由C言语编写完结。
软件体系的规划首要包含两部分：转速核算程序和无刷电机的双闭环操控程序。转速核算程序首要完结速度参数核算和换相操作。转子每转过60°机械角都触发一次捕捉中止。当进入捕捉中止后，首要核算速度参数，然后将CAP管脚设置为I/O状况。进入I/O状况后就能够读出当时电机转子的方位状况。依据电机转子的方位状况进行换相后康复CAP模块的捕捉功用。捕捉中止子程序框图如图6(a)所示。双闭环操控程序在A/D中止子程序中完结。通过定时器周期匹配事情发动ADC转化，转化完毕后进入A/D中止。进入中止后首要判别是否进行速度调理。假如需求调理，则将当时电机转速参数值与电机转速参考值进行比较，两者的差值通过PID运算后得出电流参考值;假如不需求调理则坚持之前的电流参考值不变。然后读取A/D转化值，将它与电流参考值进行比较，两者的差值通过PID运算后得出PWM波的占空比。最终在依据调理成果改动占空比后康复现场退出A/D中止子程序。A/D中止子程序框图如图6(b)所示。
5 试验成果
试验样机为稀土永磁无刷直流电动机，转子为一对极，定子电枢绕组选用星形接法。PWM频率的选取要考虑电机性能及功率管功率等方面。频率越高，电机噪声越小，但会添加功率管的损耗;频率低时，功率管损耗减小，但噪声会增大。归纳考虑，本体系中PWM频率选定为20 kHz。图7为DSP输出的对称PWM波。
试验成果表明，无刷直流电机在1000～4000 r/min规模内能够平稳调速，电机的发动时刻以及最大发动电流均满意体系规划的要求。
6 定论
文中是根据TMS320F2812DSP的无刷直流电机操控体系规划，充分运用DSP丰厚的片内资源及高效的数据处理才能，能够大大简化体系硬件结构。文中所规划与完结的无刷直流电机操控体系运用转速、电流双闭环对电机实践体系进行调理。对电流环和速度环运用PID调理，完结了具有超调量小、呼应速度快特色的无刷直流电机双闭环操控体系。
