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题 目

基于DSP 的无刷直流电机控制系统设计

作 者： 潘高超 学 号： 15120017 班 级： 研15电气 完成日期： 2016年 5月 22日

摘 要

随着计算机技术和现代控制理论的发展，由数字控制装置组成的随动系统应运而生。与传统的模拟系统相比，数字随动系统具有设计简单，体积小，修改方便，精度高，可靠性高等优点。作为典型的数字随动控制系统的执行器，无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，故在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如机器人、数控机床、雷达、潜艇和各种军用武器随动系统。

本文以无刷直流电机控制系统在武器随动系统中的应用为背景，设计基于DSP的无刷直流电机控制系统。

首先,本文深入研究了永磁无刷直流电机,确立了一套以DSP(TMS320LF2407A) 为核心的无刷直流伺服电机的控制系统方案。本控制系统的主要优势在于利用数字信号处理器DSP的高速数字运算功能，实现各种高效的控制算法，达到无刷直流电机的高精确控制的目的。

在控制系统设计部分，本文重点论述了控制系统的总体硬件构成，包括TMS320LF2407A控制器，DSP外围电路和功率驱动及其逆变电路的设计。同时，对位置信号、相电流、相电压检测电路，速度信号检测电路和故障逻辑电路进行了设计。本文还对控制系统软件进行了简单介绍，包括主程序、中断服务程序以及速度环和电流环算法，并基于模块化结构设计思想绘制了流程框图。

关键词：无刷直流电机，TMS320LF2407A，精确控制，DSP

第一章 控制系统硬件设计

1.1 控制系统总体的硬件构成

针对无刷直流电机控制系统的分析，设计了基于DSP的无刷直流电机数字控制系统，其硬件构成如图所示。

本系统的控制电路主要由功率驱动、三相逆变和DSP(TMS302LF2407A)单元组成，当然还包括DSP接口电路，以及必要的保护电路。本系统采用PWM方式实现对无刷直流伺服电机的控制。交流输入经过整流、稳压并为逆变电路提供直流电源。驱动部分采用国际整流器公司的驱动模块IR2132S，控制由转速环和电流环双闭环组成，从而有效地提高了无刷直流电机的控制精度。位置给定由无刷直流电机自带的霍尔元件给出，并由LF2407A的CAP端进行捕捉定位。转速及其方向给定由光电编码器形成正交编码信号，由LF2407A的QEP端进行速度与转向的鉴定。根据给定的速度信号，DSP产生一定的PWM波。通过调整PWM波宽度控制功率管的开关时间，实现对无刷直流电机的控制。

电流给定由单电流霍尔传感器在LF2407A的控制下传达三相电流信号并由LF2407A自带的A/D进行采样，由LF2407A根据电流采样值来调整PWM波的占空比，从而改变相电流幅值。人机界面接口采用键盘液晶显示，并提供上位机(SCI方式)的接口。系统选用DSP的PDPINTA管脚作为系统保护信号的输入端，一旦系统出现故障时，PDPINTA引脚电平变低，所有PWM输出引脚均设置为高阻状态，此时一个中断将被生成。