一种新型直流电机控制器.pdf

现 代 电 子 技 术 M o d e r n E l e c t r o n i c s T e c h n i q u e 2 0 1 5 6 1 5 3 8 1 2 J u n 2 0 1 5 V o l 3 8 N o 1 2 以 前 控 制 直 流 电 机 多 由 单 片 机 完 成 该 方 式 缺 点 是 接 口 繁 琐 速 度 慢 且 不 易 在 高 温 高 压 等 恶 劣 环 境 下 工 作 1 采 用 一 种 新 型 直 流 电 机 控 制 器 D S P 控 制 器 解 决 了 单 片 机 控 制 的 缺 点 其 具 备 很 多 优 点 该 控 制 器 不 仅 具 有 面 向 电 机 的 控 制 能 力 同 时 它 便 于 修 改 控 制 参 数 以 及 具 有 自 诊 断 等 功 能 2 1 直 流 电 机 控 制 器 硬 件 平 台 设 计 该 调 速 系 统 主 要 由 D S P 芯 片 脉 宽 调 制 电 路 功 率 驱 动 电 路 电 机 以 及 电 流 电 压 传 感 器 组 成 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 是 T I 公 司 专 门 针 对 电 机 逆 变 器 机 器 人 数 控 机 床 等 控 制 而 设 计 3 工 作 温 度 范 围 为 4 0 1 2 5 针 脚 数 为 1 4 4 频 率 为 3 0 M H z 电 源 电 压 最 大 为 3 6 V 最 小 为 3 V 存 储 器 容 量 R A M 为 5 K B 接 口 类 型 为 C A N S C I S P I 封 装 类 型 为 剥 式 4 图 1 为 基 于 D S P 控 制 器 结 构 框 图 将 传 感 器 检 测 到 的 反 映 电 机 状 态 的 电 压 电 流 转 速 信 号 传 向 D S P 控 制 器 A D 转 换 器 4 经 过 模 数 转 换 后 的 信 号 和 它 们 相 应 的 设 定 值 经 过 D S P 中 的 控 制 算 法 处 理 后 就 产 生 一 个 P W M 波 的 控 制 输 出 量 5 P W M 经 济 节 约 空 间 且 抗 噪 性 能 强 是 一 种 值 得 使 用 的 有 效 技 术 这 个 P W M 波 输 出 量 经 过 脉 宽 调 制 后 加 载 到 驱 动 电 路 中 并 调 节 电 枢 电 流 直 至 直 流 电 机 调 速 系 统 达 到 稳 态 图 1 D S P 控 制 器 结 构 框 图 殷 兴 光 陕 西 国 防 工 业 职 业 技 术 学 院 陕 西 西 安 7 1 0 3 0 0 摘 要 过 去 控 制 直 流 电 机 多 由 单 片 机 完 成 其 不 但 接 口 繁 琐 而 且 速 度 慢 不 易 在 高 温 高 压 等 恶 劣 环 境 下 工 作 针 对 电 压 闭 环 和 电 流 闭 环 直 流 调 速 系 统 的 不 足 采 用 数 字 信 息 化 的 方 法 设 计 一 种 基 于 D S P 控 制 器 的 通 用 电 机 调 速 系 统 并 将 其 应 用 于 电 动 车 驱 动 系 统 电 机 控 制 中 仿 真 结 果 表 明 该 系 统 工 作 稳 定 可 靠 运 行 速 度 提 高 了 6 0 以 上 达 到 了 设 计 要 求 关 键 词 D S P 直 流 调 速 电 动 车 P W M 中 图 分 类 号 T N 7 1 0 3 4 T P 2 7 2 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 4 3 7 3 X 2 0 1 5 1 2 0 1 5 4 0 2 A n o v e l c o n t r o l l e r o f D C m o t o r Y I N X i n g g u a n g S h a a n x i V o c a t i o n a l C o l l e g e o f N a t i o n a l D e f e n s e I n d u s t r y X i a n 7 1 0 3 0 0 C h i n a Abstract I n t h e p a s t D C m o t o r w a s c o n t r o l l e d b y M C U w h i c h h a s m a n y k i n d s o f i n t e r f a c e s a n d s l o w s p e e d a n d i s n o t s u i t a b l e f o r a p p l i c a t i o n i n h i g h t e m p e r a t u r e a n d h i g h v o l t a g e e n v i r o n m e n t s A i m i n g a t t h e d e f i c i e n c y o f e x i s t i n g v o l t a g e c l o s e d l o o p a n d c u r r e n t c l o s e d l o o p D C s p e e d c o n t r o l s y s t e m a u n i v e r s a l m o t o r s p e e d c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n D S P c o n t r o l l e r w a s d e s i g n e d w i t h t h e d i g i t a l i n f o r m a t i o n m e t h o d I t h a s b e e n a p p l i e d t o t h e m o t o r c o n t r o l s y s t e m o f a n e l e c t r i c v e h i c l e T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m i s r e l i a b l e a n d s t a b l e a n d i t s s p e e d i s i n c r e a s e d b y m o r e t h a n 6 0 Keywords D S P D C s p e e d r e g u l a t i o n e l e c t r i c v e h i c l e P W M 收 稿 日 期 2 0 1 4 1 1 2 6 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 6 1 2 7 2 0 3 8 1 5 4 1 5 4 1 2 2 软 件 控 制 2 1 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 D S P 控 制 软 件 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 D S P 控 制 软 件 流 程 图 如 图 2 所 示 图 2 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 D S P 控 制 软 件 流 程 图 对 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 D S P 的 软 件 控 制 首 先 对 寄 存 器 进 行 初 始 化 过 段 时 间 后 对 输 入 输 出 I O 口 及 模 数 A D 采 样 寄 存 器 进 行 初 始 化 其 次 读 取 设 定 电 流 及 细 分 数 和 E 2 P R O M 中 电 机 转 子 初 始 位 置 E 2 P R O M 是 电 可 擦 除 可 编 程 只 读 存 储 器 最 后 D S P 的 参 数 变 量 进 行 初 始 化 过 段 时 间 后 取 得 i a i b 电 流 偏 移 量 同 时 中 断 启 动 允 许 P W M 输 出 控 制 量 并 反 复 检 测 细 分 开 关 状 态 及 记 录 转 子 位 置 2 2 转 子 位 置 和 速 度 检 测 位 置 检 测 不 但 用 于 换 相 控 制 而 且 还 能 产 生 速 度 控 制 量 位 置 信 号 是 通 过 3 个 霍 尔 传 感 器 得 到 的 霍 尔 传 感 器 根 据 霍 尔 效 应 工 作 的 6 3 测 试 结 果 与 分 析 使 用 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 仿 真 器 进 行 调 试 实 验 电 机 采 用 永 磁 直 流 电 机 7 其 参 数 如 下 额 定 功 率 P 2 0 k W 额 定 电 压 U N 1 2 0 V 额 定 电 流 I N 1 8 0 A 额 定 转 速 n N 3 0 0 0 r m 电 枢 电 阻 R a 0 0 1 8 4 电 感 L 0 1 2 8 m H 折 算 到 电 动 机 轴 上 拖 动 系 统 飞 轮 惯 量 G D 2 J 1 7 4 N m 2 电 磁 时 间 常 数 K t 6 9 6 m s 电 势 常 数 K e 0 0 4 2 1 V r m 转 矩 常 数 K m 0 4 N m A 机 电 时 间 常 数 t m 2 0 m s 图 3 为 P W M 输 出 曲 线 由 图 4 可 知 在 电 流 闭 环 作 用 下 电 流 迅 速 上 升 至 指 定 值 并 稳 定 下 来 直 到 电 压 上 升 到 最 大 允 许 值 此 后 电 压 稳 定 下 来 而 转 速 继 续 上 升 因 此 电 流 急 速 下 降 直 到 与 负 载 电 流 相 等 为 止 这 时 基 本 达 到 稳 态 状 态 9 4 结 语 本 文 在 电 压 闭 环 系 统 改 进 的 基 础 上 构 建 了 基 于 D S P 控 制 的 全 数 字 直 流 P W M 调 速 系 统 将 工 业 控 制 中 普 遍 使 用 的 算 法 用 在 D S P 上 可 以 很 好 的 实 现 可 用 于 直 流 电 机 控 制 的 P W M 波 形 输 出 实 验 证 明 该 系 统 控 制 准 确 且 运 行 速 度 提 高 6 0 以 上 电 机 转 速 平 稳 在 工 业 生 产 中 可 推 广 使 用 1 陈 璟 华 李 日 隆 谢 晓 峰 基 于 专 用 控 制 芯 片 的 直 流 电 机 控 制 系 统 J 电 机 电 器 技 术 2 0 0 8 3 2 5 2 8 2 章 玮 姚 维 潘 再 平 等 数 字 信 号 处 理 器 D S P 在 电 机 控 制 中 的 应 用 J 中 小 型 电 机 2 0 0 9 2 8 4 3 3 3 5 3 王 晓 明 王 玲 电 动 机 的 D S P 控 制 M 北 京 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 2 0 0 4 4 晏 昌 猛 潘 俊 民 基 于 D S P 控 制 的 无 刷 直 流 电 机 在 电 动 执 行 器 中 的 应 用 J 工 业 仪 表 与 自 动 化 装 置 2 0 0 3 5 2 6 2 8 5 韩 安 太 刘 峙 飞 黄 海 D S P 控 制 器 原 理 及 其 在 运 动 控 制 系 统 中 的 应 用 M 北 京 清 华 大 学 出 版 社 2 0 0 9 6 李 潮 泳 林 国 斌 尚 敬 基 于 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 的 串 行 通 信 设 计 J 微 计 算 机 信 息 2 0 0 3 1 9 4 8 1 0 7 常 斗 南 李 全 利 可 编 程 序 控 制 器 M 北 京 机 械 工 业 出 版 社 2 0 0 2 8 柴 天 佑 刘 德 荣 基 于 数 据 的 控 制 决 策 调 度 与 故 障 诊 断 J 自 动 化 学 报 2 0 0 9 4 1 3 1 5 9 齐 雪 艳 现 代 住 宅 电 气 设 计 节 能 技 术 探 讨 J 黑 龙 江 科 技 信 息 2 0 0 8 1 0 2 3 2 4 作 者 简 介 殷 兴 光 1 9 7 3 男 陕 西 乾 县 人 副 教 授 硕 士 研 究 方 向 为 工 业 电 气 自 动 化 图 3 P W M 输 出 曲 线 图 4 驱 动 时 电 流 变 化 曲 线 1 5 5