发布时间 : 星期四 文章无刷直流电机控制毕业设计论文更新完毕开始阅读8557393da517866fb84ae45c3b3567ec102ddc93
江西理工大学2012届本科生毕业设计（论文）
为了实现 10KHz 的电流环，电流必须每50us采样一次，在每个 PWM 周期之初载入电流检测值以产生一个新的占空比来改变PWM波，同时应该注意，那就是在功率管关断的时刻不要进行电流检测，那是因为在关断的时刻相电流的流动是不可测的，并不能反映相电流的大小。
如果对开关管采用单极性PWM控制，在PWM周期的关期间，电流经过那个常开的开关管和另一个开关管的续流二极管形成续流回路，这个续流回路并不经过电流检测电阻R，因此在R上没有压降，所以在PWM周期的关期间不能采样电流。
如果对开关管采用双极性 PWM 控制，在 PWM 周期的关期间，电流经过同一桥臂的另两个开关管的续流二极管到电源形成的续流回路，在电阻 R 上有反向电流流过，产生负压降。所以在 PWM 周期的关期间也不能采样电流。另外在PWM 周期的开期间, 电流上升并不稳定，也不易采样。
从上述分析可以知道电流采样时刻应该是在PWM周期开期间的中部，它可以通过DSP定时器采用连续增减计数方式周期匹配事件启动ADC转换来实现。
为了防止过流，这里还设计了过流检测，通过加一个阻值较小的电阻然后接至电压跟随器，其作用有：电压跟随器的输入电压与输出电压大小和相位一样。电压跟随器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以看成是一个阻抗转换的电路（低频），这样可以提高原来电路带负载的能力，（不知道这样讲能不能理解？）。也就是，假如原来的电路输出阻抗比较大，而所加载的电阻小（负载大，电流大），压降也会比较大。这时加电压跟随器，就可以解决这个问题，即能保护电路。其电路图如图3-4。
图3-4 电流采样保护电路
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3.1.2 位置检测（速度检测）
这里我们用的是一个具有三个霍尔元件作位置传感器的直流无刷电机。霍尔元件由电源板 5V 辅助电源供电，位置传感器的输出直接输入到 TMS320LF2407的捕获口 CAP1~CAP3, 由于位置信号来自 3 个霍尔元件而不是光电编码器，捕获单元由软件设置成 4 个捕获输入（其中 3 个是必需的），而不是作为 QEP 接口形式。捕获单元的时基选 Timer2，它被设置成连续向上计数模式，它检测的最慢速度靠它最大的可以设置周期值来决定，T2PER(定时器 2 周期寄存器)设置为0xFFFFh，并且分频设置成128，这个设置允许速度降低到 12rpm(当主频率CPUCLOCK=10MHZ 时)，通过检测霍尔传感器输出的三个 180°宽、相位相差120°信号的上升沿与下降沿，可以得到六个位置发生变化的时刻。在捕获到变化时刻的同时，DSP 相应的中断标志位置 1, 发出中断请求产生捕获中断，调用相应的中断处理程序即可得到所要的位置信号并进行相应处理。而且中断处理程序还可以根据 Timer2 的值算出两位置发生变化之间的时间差，得到速度的信息。
如果要对直流无刷电动机的转速进行精确的控制，首先要对它的转速进行精确的测量，在一般的电动机调速系统中，通常在电动机的转轴上安装一个测速发电机、光电编码器等测速装置，以此精确的测量电动机转速，由于多数的直流无刷电动机的容量很小，不易在转轴上安装测速装置，所以通常利用转子位置传感器的信号来反映转速。一般而言，一台三相六拍直流无刷电机每个旋转周期内都会产生六个交变信号，由于霍尔传感器相对于电机的位置是固定的，也就是两交变信号之间的相位差是不变的，因为每两个信号交变的相位差为 60°，所以速度信号就可以写成：
??/?T (3－1)
其中：
??为转子转角变化； ?T为时间间隔。
由此看出速度的计算可简化成简单的除法，只须测出两交变信号之间的时间间隔就可以得到所需的速度信号，虽然做除法的时候会产生浮点问题，但在本系统中简单的 16 位除法已经足够了，另外转速越高，做除法时产生的误差就越小。
3.1.3 直流无刷电动机的启动
直流无刷电动机启动的时候转子可以位于任何位置角，因此启动时确定电机的位置十分重要，一开始起动的时候，霍尔传感器是检测不到转子位置的，此时
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转子以一个较慢的速度，即让DSP给一个占空比比较大的信号，通过脉宽调制（PWM）方法给电路一个很小的电压实现电动机缓慢转起来，当磁棒撞到了连接DSP捕获单元的霍尔元件的时候就可以检测三个霍尔传感器输出的位置信号，确定出电机的哪两相应该导通，然后给直流无刷电动机加上一定大小的启动电流，使直流无刷电动机启动。
当直流无刷电动机位置发生变化时，其导通相也跟着发生变化，在第一个速度环完成之前，启动电流的值不发生变化。同时电机由静止开始启动时，由于转速为零, 绕组中旋转电势为零，绕阻电流仅由电阻和电感所限，其上升率很大，我们可以借助 PWM 波的占空比限制过大的启动电流。
3.1.4 PWM波控制策略
在直流无刷电动机控制中，两个功率器件（上级和下级）被串联放在一个功率转换支路中，为了避免击穿失效，两个器件的打开周期必须不能重叠，这样就经常需要一对非重叠的 PWM 输出来正确地开关这两个器件。在一个三极管的关断和另一个三极管导通之间插入一段死区，这段时间延迟允许一个三极管在别的三极管导通之前完全关断。这个所需的时间延迟由功率三极管的开关特性和特定应用的负载特性来决定。
本系统采用 PWM 波控制方式，通过调整 PWM 波的占空比，调节绕组电压平均值进而能间接限制和调节绕组电流的大小, 实现转速的调节。在这里 PWM波频率是固定的，其占空比根据电流误差得到，因而在这种情况下电流与电流的变化率都是可控的，因为 PWM 波的频率是固定的，因此可以用滤波器将由高频、低频信号产生的机械噪声及电磁噪声很好地滤掉。
另外有两种方式控制驱动功率管的开关，一种是硬开关方式，另一种是软开关方式。硬开关方式就是逆变器的上下两功率管用同一个脉冲信号驱动两个功率管，在同一时刻导通一个功率管，关断一个功率管，这种方式比较简单，只需控制三个脉冲信号就可以了。但是相对于软开关方式电流的波动比较大，软开关方式不仅仅可以控制电流和电流的变化率，还可以将电流的波动降到最小，在软斩波方式下，低端的功率管始终保持开状态，导通时上桥臂功率管的开关由脉冲信号决定，在这种情况下需要控制6个 PWM 信号。
3.2 TMS320LF2407芯片 3.2.1 TMS320LF2407最小系统
TMS320LF2407最小系统即保证DSP可以正常工作的最少硬件构成 。对于一般DSP内部资源已经能够满足系统需要的，可以采用最小系统。其系统包括晶振、复位、电源、地。
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（1）晶振电路
如图3-6所示：
TMS320LF2407芯片如图3-5所示：
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图3-5 TMS320LF2407芯片图
晶振是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号，决定了单片机运行的主频 。
图3-6 晶振电路
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