基于DSP的无刷直流电动机的控制设计

Ｓｈｅ；ｊｉ　Ｙａｈ．．ｕ　里　薹　

基于ＤＳＰ的无刷直流电机远程监控设计与实现　

毛勇　

（东城自来水公司，广东东莞５２３１１２）　

摘要：对无刷直流电机的组成和控制原理进行了阐述，并以实际案例为背景详细介绍了使用电机的主要配置参数及　片机ＡＴ８９Ｓ５２控制　

板的外围设备，同时设计并实现了对远程控制电机的软件系统，实现了对远程监视和操控电机的各种状态。　

关键词：ＤＳＰ；直流无刷电动机：远程监控　

１　前言　３系统设备的主要配置　

由于直流无刷电机采用电子开关电路和位置传感器代替传统　

电机中的电刷和换向器。具备结构简单、运行可靠、运行效率高以　

及调速性能好等诸多优点，且没有机械式换向装置所引起的换向　

火花、可靠性低等缺点。在当今各个领域，如计算机硬盘驱动器和　

软盘驱动器的主轴电动机、仪器仪表、数控机床、电动车辆等多方　

面的应用日益普及。　

为了实现对电机转速的及时、准确控制，有必要通过系统，利　

用计算机实现对电机的远程控制，实时监控电机运行状态显示、电　

机转速设定、实际转速显示及指令按键。为了让用户能方便地观察　

到电机的运行情况，比如观测电机是否出现超速、过流或者系统报　

警等情况，为系统设计了专用的监控界面，通过计算机远程显示电　机运行状态。本系统通过在计算机上制作一个控制界面，用于设置　

用户参数，控制电机的启动和停止，以及显示电机的旋转情况。本　

系统通过参数设置界面，允许用户设置电机的常用参数，如转速范　

围、当前转速等，通过设置这些参数，更好地体现出直流电机的优　

越性能。　

２无刷直流电机的组成和原理　

无刷直流电动机由电动机本体、转子位置传感器和电子开关　

线路等３部分和控制器组成。电动机本体由定子和转子组成。定子　

是电机本体的静止部分，它主要由导磁的定子铁心和导电的电枢　

绕组组成。定子铁心可以是凸极式或隐极式。铁心用硅钢片叠成。　

定子绕组一般为对称多相（３相、４相或５相）。当电动机接上电源　

后，电流流入绕组，产生磁势，该磁势与转子磁场相互作用而产生　

基于ＤＳＰ的无刷直流电机控制系统　喻宙宗海焕贺莉　（郑州电力高等专科学校郑州４５００００）　【摘要】近年来，随着工业自动化的发展，工业设备越来越趋向于高效率化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须　具有精度高、速度快、效率高等特点，无刷直流电机的应用也因此而迅速增长。无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础　上发展起来的。现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍的关　注。本文介绍了一种基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２　ＤＳＰ的无位置传感器无刷直流电机控制系统。针对无位置传感器无刷直流电机转　子位置检测进行了研究。简述了实现该控制系统的硬件组成和软件的设计方案及控制策略，并对控制系统进行分析。此系　统可大大简化硬件结构，并使电机得到高效稳定的控制。　【关键词】无刷直流电机；无位置传感器；控制系统；ＤＳＰ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　ｆｏｒ　ＢＬＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　ＹＵ　Ｚｈｏｕ　Ｚ０ＮＧ　Ｈａｉ－Ｈｕａｎ　ＨＥ　Ｌｊ　（ＺｈｅｎｇＺｈｏｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００００）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｓ，ｗｉｔｌ１　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｔｅｎｄ　ｔＯ　ｂｅ　ｈｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ．Ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｍｕｓｔ　ｈａｖｅ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＢＬＤＣ（Ｂｒｎｓｈｌｅｓｓ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｒａｐｉｄｌｙ．　Ｔｈｅ　ＢＬＤＣ　ｉＩｌｏｔｏｒ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｒｕｓｈ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ．Ａｔ　ｔｈｉｓ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ＡＣ　ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ａｒｅ　ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｉｎ　ｄｒｉｖｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ＢＬＤＣ　ｉｓ　ａ　ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｃｏｎｃｅｒｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２　ｆｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ—ｌｅｓｓ　ＢＬＤＣ　ｍｏｔｏｒ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ，ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｓｉｍｐｌｉｆｙ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｙ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ；ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ—ｌｅｓｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　前言　无刷直流电机具有出力大、调速性能好、易于控制、节　能等优点，在工业领域中得到了日益广泛的应用，采用电子　换向器替代了传统直流电动机的机械换向装置，从而克服　了电刷和换向器所引起的噪声、火花、电磁干扰、寿命短等　一系列弊病，因此无刷直流电机成为人们的研究热点。　随着科技的高速发展，各类用于电机控制的高性能单　片机及ＤＳＰ的功能越来越丰富，运算速度也有了质的飞跃，　而且价格越来越低廉。例如美国Ｔｌ公司出品的　ＴＭＳ３２０Ｘ２４０系列ＤＳＰ芯片，其内部具有电机控制单元，功　能强大，单条指令的运算速度达到了２５ｎｓ，是普通ＭＣＵ的　５０倍，并且内部具有数字信号处理单元以及高速的数模转　换单元。在上述的硬件基础上，完全可以实现性能优良的实　时控制算法，编写完善的监控软件，如Ｋａｌｍａｎ滤波、自适应　控制、模糊控制和神经元控制等，从而可以进一步提高系统　的控制精度和实时性。本文介绍一种基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的　无位置传感器无刷直流电机控制系统。并对其进行了系统　一２２・　的分析。　１．无刷直流电机的数学模型　和其他电机一样无刷直流电机是一个复杂的系统，具　有强耦合、非线性、多变量、时变的特点…。因此建立准确的　数学模型有助于我们更好地掌握其内部的原理和控制机　理。　要建立正确的数学模型，首先要对模型进行正确的模　型假设，忽略其次要因素，抓住问题的主要因素：　ｆ１）定子三相绕组在空间中完全对称，且任意两者之间　都是相差１２０。电角度；　ｆ２）反电动势波形为理想的梯形波；　ｆ３）忽略电机的齿槽效应、电枢反应；　（４１忽略磁滞损耗和涡流，相绕组的等效电感为常数，磁　路不饱和；　（５）驱动系统逆变电路的功率管和续流二极管的内阻不　计，其性能要求达到理想的水平１２１。　１．１电压方程　

经验交流　１＿ｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　《自动化技术与应用》２００　７年第２６卷第０　７期　基于Ｄ　Ｓ　Ｐ　中　的无刷直流电机控制系统　的人机接口设计　李建奇，曹斌芳，王文虎　（湖南文理学院湖南常德４１５００３）　★　摘　要：本文介绍在甚于ＴＩ公司ＴＭｓ３２ＯＬＦ２４Ｏ７型ＤＳＰ的三相无刷直流电机调速系统中，通过使用ＲＦ射频技术避免了布线和　安装的闲难，系统采用了ＬＣＤ液晶显示，使系统具有良好的操作界面，同时设计了一个矩阵键盘作为初始化和调速系统独　立运行时输入。　关键词：ＤＳＰ；ｎＲＦ２４０ｌ；ＬＣＤ显示；电机控制　中图分类号：ＴＰ３３４．７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３　７２４１（２００７）０７－０１ｌ卜Ｏ３　Ｈｕｍａｎ－Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　ＬＩ　Ｊｉａｎ－ｑｉ，ＣＡＯ　Ｂｉｎ－ｆａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｈｕ　（Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｒｔｓ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｄｅ　４１５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＴＭＳ３２０Ｃ４０７　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ．Ｉｔ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ａ　ｋｅｙｂｏａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＤＳＰ；ｎＲＦ２４０１；ＬＣＤ　ｄｉｓｐｌａｙ；ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　１引言　无刷直流电动机因其具有节能、低噪声、体积小和调速性　能好等优点特别适合于电冰箱、空调等家用电器。而以ＤＳＰ构　成的运动控制系统可满足各种场合的需求，将是运动控制系统实　现技术的发展方向。特别在电冰箱、洗衣机、空调等家用电器领　域及工业变频控制领域，ＤＳＰ控制器以其结构紧凑、使用便捷、　可靠ｆ生高、功能强和成本低等优势而被广泛使用。家用电器需要　提供便宜、良好、可靠的人机接口，随着信息家电的发展，无线　网络接口的提供能有极大的提高信息家电的实现。　现在市面上的ＤＳＰ种类很多，不同的型号有不同的片内资　源，也就适合应用于不同的系统中，ＤＳＰ的选型对系统性能有很　大的影响。本设计中使用了ＴＩ公司ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ芯片，　它具有丰富的片内资源，更为重要的是它有一个专为电机控制而　设计的模块［　。目前通常的现场总线接口均存在布线以及安装的　问题，本文提出使用ＲＦ技术实现无线接口。同时设计ＬＣＤ和键　＋基金项目：湖南文理学院教育厅一般项目支持（编号Ｏ　６　ｃ　５　８　８）　收稿日期：２　Ｏ　Ｏ　６—１１—１　３　盘电路，可以提供较好操作界面，方便系统测试。　２系统的人机接口方案　系统的接口由ＬＣＤ、键盘模块、ＲＥ无线射频构成，结构框　图如图ｌ所示，采用一个键盘模块，以ＬＣＤ作为人机输出设备，　ＲＦ射频接口作为与信息控制节点的通信方式。信息控制接点本　设计中为一台计算机，提供从计算机对控制系统的控制。本系统　中控制对象为一台无刷直流电机，以ＤＳＰ为核心，通过数字量给　定，控制策略使用软件ＰＩ调节，控制信号输出为数字ＰＷＭ输出，　驱动电路使用了大功率的ＭＯＳ管作为功率驱动。控制系统用霍　尔传感器进行位置检测，再由位置的检测通过ＤＳＰ的运算获得速　度信息。检测获得电流信息，形成电流调节环，与速度环形成双　闭环调速系统。　计算机通过串口利用２４０１发送相应指令就可以使调节电机　转速，同时可以发送配置指令，配置系统的保护动作参数等．也可　以接收来自信息控制节点反馈的检测的信息，如电机的实际转速，　电机的温度等．

现代驱动与控制　如　垂　＿能　

基于ＤＳＰ的无刷直流电机无位置传感器控制的实现　

刘兴艳董洋洋　

河南理工大学（４５４００３）　

Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　

ＬｉｕＸｉｎｇｙａｎ　Ｄｏｎｇ　Ｙａｎｇｙａｎｇ　

Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

摘要：介绍了一种基于ＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７ＡＤｓＰ的无　位置传感器的无刷直流电动机的控制系统，论述了电动　机转子位置和电流的检测及ＰＷＭ信号的输出，给出了系　统的硬件电路控制框图。该系统具有结构简单、稳定性　高的特点，成功的实现了对电机的数字化处理，在运行　中获得了良好的动、静态性能。　关键词：ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ无刷直流电动机无位　置传感器　中图分类：ＴＭ３３文献标识码：Ａ　ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－２８０７．２０１０．０５．００５　Ａｂｓｔｒａｅｔ：Ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ＤＳＰ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＤＣ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｕｐｏｎ　ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ　ｗａｓ　ｉｎ－　ｔｒｏｄｕｃｅｄ　Ｈｏｗ　ｔｏ　ｆｕｌｆｉｌｌ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅａ－　ｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＰＷＭ　ｓｉｇｎａｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂｌｏｃｋ．Ｔｈｅ　ｓ，ｙｒｓｔｅｍ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉ－　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｔｅａｄｙ＆ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　Ｕｎｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ　ｓｅｎｓｏｒ