基于DSP的无刷直流电机控制器设计与实现

4 软件系统设计
TMS320F2812是由德州仪器公司生产的，指令处理速度高达150MIPS的数字信号处理器，专门为工业自动化及自动化控制等应用而设计。软件系统采用结构化程序设计，在TI专用集成开发环境CCS中由C语言编写完成。
软件系统的设计主要包括两部分：转速计算程序和无刷电机的双闭环控制程序。转速计算程序主要实现速度参数计算和换相操作。转子每转过60°机械角都触发一次捕捉中断。当进入捕捉中断后，首先计算速度参数，然后将CAP管脚设置为I／O状态。进入I／O状态后就可以读出当前电机转子的位置状态。根据电机转子的位置状态进行换相后恢复CAP模块的捕捉功能。捕捉中断子程序框图如图6(a)所示。双闭环控制程序在A／D中断子程序中实现。通过定时器周期匹配事件启动ADC转换，转换结束后进入A／D中断。进入中断后首先判断是否进行速度调节。如果需要调节，则将当前电机转速参数值与电机转速参考值进行比较，两者的差值经过PID运算后得出电流参考值；如果不需要调节则保持之前的电流参考值不变。然后读取A／D转换值，将它与电流参考值进行比较，两者的差值经过PID运算后得出PWM波的占空比。最后在根据调节结果改变占空比后恢复现场退出A／D中断子程序。A／D中断子程序框图如图6(b)所示。

5 实验结果
试验样机为稀土永磁无刷直流电动机，转子为一对极，定子电枢绕组采用星形接法。PWM频率的选取要考虑电机性能及功率管效率等方面。频率越高，电机噪声越小，但会增加功率管的损耗；频率低时，功率管损耗减小，但噪声会增大。综合考虑，本系统中PWM频率选定为20 kHz。图7为DSP输出的对称PWM波。

实验结果表明，无刷直流电机在1000～4000 r／min范围内可以平稳调速，电机的启动时间以及最大启动电流均满足系统设计的要求。

6 结论
文中是基于TMS320F2812DSP的无刷直流电机控制系统设计，充分利用DSP丰富的片内资源及高效的数据处理能力，可以大大简化系统硬件结构。文中所设计与实现的无刷直流电机控制系统应用转速、电流双闭环对电机实际系统进行调节。对电流环和速度环使用PID调节，实现了具有超调量小、响应速度快特点的无刷直流电机双闭环控制系统。