基于DSP的无刷直流电机伺服系统设计

摘要：设计了以TMS320F2812DSP芯片为核心的无刷直流电机伺服控制系统。采用电流环，速度环，位置环三闭环控制，对位置环采用积分分离的PID算法，以减小电机在运行过程中积分校正对系统动态性能的影响。为加快系统响应速度，减轻DSP负担，电流环采用模拟方法实现。实际应用表明该系统具有精度高，响应快，稳定性好等优点。
关键词：伺服系统；TMS320F2812DSP；三闭环控制；PID算法

O 引言
无刷直流电机(简称BLDCM)是一种用电子换向器取代机械电刷和机械换向器的新型直流电动机，具有结构简单，调速性好，效率高等优点，目前已经得到广泛应用。TMS320F2812数字信号处理器是TI公司最新推出的32位定点DSP控制器，器件上集成了多种先进的外设，具有灵活可靠的控制和通信模块，完全可以实现电机系统的控制和通信功能，为电机伺服系统的实现提供了良好的平台。本文设计了以高性能TMS-320F2812DSP芯片为核心的无刷直流电机伺服控制系统。

1 伺服控制系统硬件构成及其工作原理
系统硬件框图如图1所示。

1．1 控制电路
控制电路是以F2812为核心，另外还包括位置编码、数据采集、数据通信等功能模块和部分外围电路及数据接口，其主要功能是实现对被控对象位置信息的采集和处理，速度反馈信息的接收和处理，位置、速度的闭环控制。F2812片内具有12位的AD转换器，但为提高伺服系统运动的精度，在DSP外围扩展了两片6路16位的AD转换芯片，用来采集反馈信号以及输入的运动指令信号。
系统设计同时采用DSP和CPLD以提高电路的可行性。DSP所起到的作用主要是根据反馈的位置，速度信号，结合电机的运动方向和运动速度，利用F2812片上的电机控制专用外设EVA，通过数字I／O口输出1路与电机运动相对应的PWM波。CPLD根据输入的PWM信号，控制信号和数字信号组成的换相时序信息输出对应大小和对应时序的相电压，从而驱动电机做相应的运动。
1．2 信号采集以及调理电路
该电路对各种传感器信号及电流电压信号进行采集并处理。包括采样的电流电压反馈信号，给定的控制信号等模拟量信号，以及霍尔传感器的输出等开关量信号，经调理电路处理后，使其幅值及电平可以满足DSP控制器的要求。
本系统使用AD7656对采集来的模拟信号进行模数转换。F2812的GPIOA0口与74ACl6373的使能端相连，用于使能锁存器，GPIOAl与CONVSTX相连，用来启动6路A／D的同时转换。GPIOA2连接BUSY信号，AD7656转换结束后，BUSY信号变低，DSP以查询方式接收AD数据。74ACl6373用于锁存AD转换后的16位数据，74LSl38用于将DSP地址线译码与AD7656的片选信号相连。