1引  言

    近年來，由于新型稀土永磁材料的出現，采用電子換向裝置的的稀土永磁無刷直流電動機在航空、航天和電氣傳動等方面的應用日益廣泛。在高精度電機控制系咎中，采用無刷直流電動機作為驅動裝置可使其在重量、功率及控制特性方面有很大的改善。TI公司新推出的TMS320C2812是定點DSP數字信號處理器，作為電機控制系列專用高端產品，在實現電機控制中能充分利用其高精度處理器的優勢，更好地發揮無刷直流電動機良好的控制特性。本文主要介紹利用這種型號的DSP實現對無刷直流電動機控制的過程及達到的效果。

2 基本結構及應用

2．1 TMS320C2812的基本結構

    TMS320C2812型DSP是TI公司C2000系列電機控制專用電路的高端產品，是定點32位數字信號處理器，指令周期可達150 MHz．內含128位Flash和兩個通用事件管理器,可用于捕獲位置脈沖和編碼脈沖，產生脈寬調制輸出信號：還有16通道12位高精度MD轉換模塊，并可拓展外部存儲器。這種DSP可以滿足各類復雜電機的控制。

2．2  PWM控制信號的產生

    根據無刷直流電機的控制需要．由DSP產生PWM控制信號。下面以單路PWM信號的產生過程為例，如圖1所示，DSP事件管理器A中的定時器l作為產生PWM信號的時基，通過控制寄存器T1CON和給定定時周期TlPR設置時鐘周期．定時器計數模式為連續增減模式；通過寄存器(COM-CONA)設置比較單元的各個參數,產生出對稱的三角波信號，在寄存器CMPRl和ACTRl中分別設置閾值和比較輸出方式，設定的閾值實時與三角波信號比較，得到相應占空比的PWM信號。

    圖2所示是PWM比較產生的原理,如圖所示．ACTRl設置為高電平有效，即在寄存器CMPRl中設置閾值小于三角波的值時輸出為無效的低電平。當閾值大于三角波的值時，輸出為有效的高電平。

    理想的無刷直流電動機的感應電動勢的計算公式是：
    E=3/3πpβLrω (1)
    式中：NP是通電導體數；β是永磁體產生的氣隙磁通密度；L是轉子鐵心長度：r是轉子半徑：ω是轉子的機械角速度。

    由式(1)可以看出，感應電動勢與轉子的轉速成正比。感應電動勢E與直流電源電壓U的關系為：
    E=dU
    式中：d為控制信號有效電平的占空比。直流電源電壓恒定，可推導出轉子轉速與占空比d成正比，因此可以通過調整d的大小即調整PWM信號有效電平的寬度達到控制轉速的目的。
 
    由DSP產生的PWM信號根據相應寄存器設置，由于定時器1采用連續增減計數模式．故有效電平的占空比d的表達式為
    d=(2T1PR-2CMPRl)／2T1PR (3)
    結合式(1)和(2)，在程序設計上，可以改變CMPRl的值來控制電機的轉速。

3 系統及硬件組成

    無刷直流電動機控制系統由TMS320C2812型DSP、功率變換電路及執行電機組成，其系統結構框圖如圖3所示。

3．1 執行電機與轉子位置傳感器

    系統中采用的是四通電機公司無刷直流電動機系列中的永磁方波電機，電機集成了霍爾傳感器作為轉子的位置傳感器，實時檢測電機轉子相對定子繞組的位置。實時輸出3路位置脈沖信號HU．HV，HW，根據3路信號的不同組合。共有6個狀態．循環5次，在電機旋轉360°的過程中，共有30個狀態可以用來精確判斷當前轉子所在的位置．為實現DSP對電機的控制提供反饋位置和速度信號。

    功率變換電路主要包括整流、濾波、逆變及保護隔離電路。采用三菱公司生產的PSll032型ASIPM智能一體化模塊作為高度集成化的功率模塊，ASIPM內部集成了整流橋、逆變橋及隔離保護電路，便于提高控制效果和減小功率。

3．3 外部隔離和電平轉換電路

    系統采用TLP521型光耦電路作為霍爾傳感器和DSP捕捉引腳的接口。對傳感器的位置脈沖信號進行濾波和保持；采用HP4504型光耦電路將DSP輸出的3．3 V高電平轉換為ASIPM模塊需要的標準5V高電平。

    針對此系統中的Y型聯結三相繞組電機，根據ASIPM模塊的內部結構．控制電路采用兩兩導通方式。DSP產生的PWM信號的相序如圖4所示。6路PWM控制信號經由光耦電路輸入到ASIPM模塊逆變橋的6路開關控制端UP、UN、VP、VN、WP和WN,驅動功率模塊帶動電機，通過調整占空比的大小達到控制轉速的目的。

    圖5示出經過HP4504型光耦電路前后的波形,左右兩圖分別為不同占空比下測得到的PWM信號波形。其上部波形為DSP輸出的PWM信號，高電平有效,下部波形為經光耦后的信號，反相后輸入到ASIPM模塊，低電平有效。通過程序設定的電機給定轉速為320 rad／s。

4  結束語

    試驗波形表明,利用TMS320C2812型DSP構建的無刷直流電動機控制器控制方式簡單，輸出信號穩定,調速性能良好，可以應用于各種高精度調速系統和位置伺服系統。