基于DSP+CPLD的无刷直流电机三环控制设计

摘要：以先进的TMS320F2812型数字信号处理器(DSP)为主控制芯片，利用CPLD实现无刷直流电机(BLDCM)的逻辑换相，以位置环控制为主，速度环和电流环控制为辅，设计了一套BLDCM的三环控制系统。系统对数字电路与功率电路进行光耦隔离，确保整个系统具有良好的电磁兼容性。控制软件采用定周期控制，循环等待中断发生。实验结果表明，该系统工作稳定、可靠，具有良好的动、静态特性，且实时性强。
关键词：无刷直流电机；三环控制；数字信号处理器

1 引言
现有的BLDCM控制系统大多采用单环控制，很难同时满足系统的快速性、稳定性与准确性的要求。此处采用TMS320F2812型DSP为主控制芯片，采用EPM3128ATC100-10型CPLD实现BLDCM的逻辑换相与速度计算，实现了控制系统的电流环、速度环、位置环的三环控制。

2 系统组成和工作原理
三相BLDCM的三环控制框图如图1所示。

最内环为电流环，次内环为速度环，最外环为位置环。该三环控制以位置控制为最终目标，给定位置与位置反馈量形成偏差，经位置调节后产生速度参考量，它与速度反馈量的偏差经速度调节后形成电流参考量，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电动机的速度控制，最终实现整个系统的位置控制。
系统组成框图如图2所示。

BLDCM的三环控制系统的基本工作原理为：①电机控制系统与上位机通过通讯单元进行实时通信；②DSP接收位置反馈信号、电流反馈信号、速度反馈信号后，根据位置指令和位置反馈信号形成的偏差信号进行控制律的计算，输出电机控制信号；③CPLD对电机霍尔信号和电机控制信号进行逻辑处理产生6路控制功率管开关的相序，通过隔离电路输入驱动电路；④驱动电路采用三相全桥方式，采用上桥臂调制方式，采用驱动芯片IR2130控制逆变电路MOSFET功率管的开通与关断，实现电机的PWM控制；⑤电机电流经过电流采样电路与隔离放大电路后，送入DSP，形成电流环。CPLD接收电机霍尔信号，经计算得到电机速度信息，送入DSP，形成速度环。电机输出带动执行机构运转，位置传感器实时检测执行机构的位置信息，通过位置采样、放大电路反馈给DSP，实现位置环。