基于DSP的BLDCM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】伴隨科技的不斷發(fā)展，直流無(wú)刷電機(jī)（BLDCM）的應(yīng)用越來越廣泛。針對(duì)BLDCM電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特點(diǎn)本文研究了一種采用模糊控制的電流控制器來控制非換向電流，從而達(dá)到減少換向時(shí)引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)仿真顯示本文所設(shè)計(jì)的基于TMS320LF2407A DSP芯片的數(shù)字控制系統(tǒng)能夠控制電機(jī)起動(dòng)、調(diào)速且起動(dòng)時(shí)間不超過3秒，而且很好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)電機(jī)的正確換相和穩(wěn)定運(yùn)行，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的端電壓波形平穩(wěn)，其控制效果好。

【關(guān)鍵詞】DSP;BLDCM;轉(zhuǎn)矩脈動(dòng);調(diào)速

1.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

TMS320LF2407A控制器具有強(qiáng)大的運(yùn)算處理功能，運(yùn)算速度快，而且在內(nèi)部集成了豐富的電機(jī)控制外圍部件。針對(duì)這一特點(diǎn)，本文采用這款DSP控制器作為電機(jī)控制系統(tǒng)的核心。這樣一來，整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔明了?？刂葡到y(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

圖2 系統(tǒng)控制框圖

圖3 仿真系統(tǒng)

2.控制系統(tǒng)的整體控制策略

系統(tǒng)通過軟、硬件的協(xié)調(diào)配合采用全數(shù)字閉環(huán)控制，電流環(huán)和速度環(huán)。電流環(huán)周期為50，速度環(huán)通過反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證電機(jī)的正確換相; 電流環(huán)研究一種模糊控制的電流控制器來控制非換相相電流，使其在不同速度段平滑，減少換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行條件變化，溫度變化時(shí)控制效果不會(huì)變差，速度環(huán)周期為50ms，采用模糊分段調(diào)節(jié)算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。

3.系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)仿真利用matlab中simulink進(jìn)行模型搭建，如圖3所示。仿真模型主要包括電動(dòng)機(jī)本體模塊BLDCM、逆變器模塊Inverter、電流控制模塊Current和轉(zhuǎn)速PI控制器模塊。

仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)：額定電壓Vd=36V，額定電流Id=1.55A，額定轉(zhuǎn)速ne=3000r/min，繞組電阻R=0.438Ω，繞組自感L=0.000632H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.005Kg.m2，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ke=0.065V/（r/min），最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.955Nm。仿真設(shè)置：變步長(zhǎng)，ode45算法，仿真時(shí)間0.04s。通過模糊控制和普通控制兩種方法對(duì)比來進(jìn)行BLDCM調(diào)速系統(tǒng)性能的仿真試驗(yàn)。波形如圖4所示。

從曲線可見，在模糊電流控制器的控制下的相電流比較平滑，相應(yīng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也平滑，故減少了轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。仿真結(jié)果表明：BLDCM的模糊控制的PI調(diào)速系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，很好的抑制了轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，調(diào)速性能良好。

4.總結(jié)

本文選取TMS320FL2407A DSP芯片作為直流無(wú)刷電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制核心，通過硬、軟件較好的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)位置傳感器直流無(wú)刷電機(jī)的良好換相。系統(tǒng)盡量用軟件實(shí)現(xiàn)的方法實(shí)現(xiàn)一部分需要硬件電路去實(shí)現(xiàn)的功能，這樣不但簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本，而且由于硬件電路的簡(jiǎn)化，使得由硬件電路引入的干擾也得到減少，從而提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]張深.直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.