基于DSP无刷直流电动机控制系统的研究

摘要：采用DSPTMS320F2812来控制永磁无刷直流电动机，并且对整个控制系统原理进行了介绍与说明。通过上位机(PC机)来对电流、转速进行数值设置，DSP作为下位机来接受参数并且实时进行检测，根据模糊PID控制算法对数据进行调整和处理，达到实时的处理效果，并且上位机采用VC++进行编程，友好的人机界面，操作方便简单。整个控制系统性能高，而且易于控制算法的实现。
关键词：DSP；TMS320F2812；无刷直流电动机；模糊PID；模糊控制器

随着现代电力电子技术的发展，出现了许多高性能功率器件以及新型高性能稀土永磁材料，这些都为无刷直流电机的应用奠定了基础。现今，无刷直流电动机应用的领域非常广泛，如多电飞机燃油系统、多电飞机刹车系统、医疗器械、家用电器等方面的应用，在航空航天等国防工业中也具有越来越广泛的应用。数字信号处理技术DSP及其硬件芯片微处理器技术迅猛发展，它不仅能实现高精度、高可靠性而且能够简化系统结构，增加了系统功能，具有控制灵活，智能水平高，参数易改等特点，所以DSP无刷直流电动机的控制系统运用前景广泛，实用性高。

1 系统原理及构成
无刷直流电动机系统的原理：无刷直流电动机的电磁转矩与电流近似呈线性关系，即改变电流的大小就可改变电磁转矩的大小；电机的转速与反电势为正比关系，由电机反电势和外加电压的平衡关系可以得出，电机转速的改变可以通过调节外加电压来实现，所以只要改变逆变器的占空比就可实现。图1为无刷直流电动机调速系统原理图。

整个控制系统采用分布式控制，上位机为PC机用来输入和显示速度及电流的设定值，并且实现数据的保存及系统的错误报警，采用VC++程序进行界面设计和编写。下位机采用DSP TMS320F2812，该芯片产生输出PWM信号输入IPM模块，该模块包括三相桥式逆变电路和电流反馈电路，从而驱动电机转动，同时DSP接收电流的反馈信号，与电流设定值进行比较。位置传感器检测电机转子位置，输入到DSP中，并且根据计数器测得电机的转速，构成速度反馈。

2 模糊PID控制
无刷直流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的对象，因而单一的运用PID控制算法不能够得到较为精确的控制结果。而模糊控制是依赖于人的经验进行控制，不需要建立被控对象的精确数学模型，针对非线性和时变的系统具有较好的控制能力。在无刷直流电动机控制系统中把模糊控制和PID相结合，不仅可以得到较快的响应速度和参数变化的鲁棒性，而且可以对系统实现较高精度的控制。