基于TMS320F2812DSP的无刷直流电机调速系统设计

　　0　引言

　　无刷直流电机(Brushless Direct CurrentMotor,BLDCM)是近年来随着电力电子器件及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种机电一体化电机,不仅具有交流电机的体积小、重量轻、惯量小等特点,而且拥有直流电动机优良的调速性能,但又没有机械换向器的缺点,因此在伺服控制系统、医疗器械、仪器仪表、机器人、家用电器等领域得到了广泛的应用[1]。

　　数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)是一种用于进行高速信号处理运算的单片微处理器,与传统的微处理器相比,具有更快的运算速度和更强的处理功能,且内存容量也更大,能够提供更好的性能价格比。在电动机控制系统中,采用DSP芯片作为控制器,可以实现更复杂、更智能化的算法;可以通过DSP的高速网络接口进行系统升级和扩展,实现对位置、速度和电流环的全数字化控制[2];可以方便地通过SCI接口的扩展能力与上位机进行通讯,组成多机系统结构。

　　在控制系统中,传统的PID控制不能有效克服负载模型参数的大范围变化和非线性因素带来的影响,无法满足高性能、高精度的要求,而单纯的模糊控制不具有积分环节,很难完全消除稳态误差。粒子群优化(Particle Swarm Optmi ization, PSO)算法是一种基于群体的进化计算方法[3-4]。与遗传算法相类似,但由于粒子群算法没有遗传算法中的交叉和变异,因此算法相对简单,易于实现,搜索速度快且高效实用。PSO已广泛应用于函数优化,神经网络训练,模糊控制系统以及控制参数优化等领域[5]。本文作者介绍以TMS320F2812为核心的永磁无刷直流电动机调速系统设计与实现的方案,给出控制系统框图,说明系统软硬件设计方法,并设计了粒子群优化的模糊PID控制器实现无刷直流电机的调速,给出了实验结果和结论。

　　1　无刷直流电动机基本工作原理

　　永磁无刷直流电动机主要由永磁电机本体、转子位置传感器和功率电子开关三部分组成。直流电源通过电子开关向电动机定子绕组供电,由与电机同轴的位置传感器检测电动机转子位置并发出电信号,控制电子开关的导通或关断,使电动机转动。位置传感器起到实时检测电动机转子位置的作用。

　　无刷直流电动机工作原理如图1所示。功率电子开关是3个光敏接收元件V1、V2、V3,安装位置各相差120°,均匀分布在电动机一端。借助安装在电动机轴上的位置传感器旋转遮光板的作用,使得从光源射来的光线依次照射在各个光电器件上,并依照某一光电器件是否被照到光线来判断转子的位置。随着位置传感器转子扇形片的转动,定子绕组在位置传感器H1、H2、H3的控制下,一相一相地依次馈电,实现了各相绕组电流的换相[6]。