基于TMS320F2812无刷直流电机控制系统设计

1 引言
众所周期，无刷直流电机既具有交流电机简单，运行可靠，维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高，不受机械换向限制，调速性能好，易于做到大容量、高转速等特点。TI公司的TMS320F2812数字信号处理器(DSP)既具有高速信号处理和数字功能所需的体系结构。还具有专为电机控制应用提供单片解决方案所需的外围设备。以TMS320F2―812为核心的全数字电机控制系统极大地简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，降低了成本，并对无刷直流电机的普及应用具有良好的前景。为此，提出了一种基于TMS320F2812的全数字永磁无刷直流电机控制方案。

2 系统设计方案
该系统设计采用三相Y型永磁方波无刷电机PWM控制方案，通电方式为两两通电。图1给出控制系统原理框图。它采用全数字三闭环控制。其中，电流环采用PI调节器，速度环采用遇限削弱积分的积分分离PID控制算法，它的输出极性决定了正反转方向，从而可实现电机的四象限运行。位置环采用PI调节器。逆变器采用全桥型PWM调制。

3 系统硬件设计
图2给出基于TMS320F2812的无刷直流电机控制系统。采用TMS320F2812作为控制器，用于处理采集到的数据和发送控制命令。TMS320F2812控制器首先通过3个I／0端口捕捉直流电机上霍尔元件H1，H2，H3的高速脉冲信号，检测转子的转动位置，并根据转子的位置发出相应的控制字，以改变PWM信号的当前值，进而改变直流电机驱动电路(全桥控制电路IGBT)中功率管的导通顺序，实现对电机转速和转动方向的控制。电机的码盘信号A，B通过TMS320F2812 DSP控制器的CAPl，CAP2端口捕捉的。捕捉到的数据存储在寄存器中，通过比较捕捉到A，B两相脉冲值，以确定当前电机的正反转状态和转速。在系统运行中，驱动保护电路检测当前系统的运行状态，如果系统中出现过流或欠压状况，PWM信号驱动器(IR2131)启动内部保护电路，锁存后继PWM信号输出，同时通过FAULT引脚拉低TMS320F2812控制器的PDPINTA引脚电压，启动DSP控制器的电源驱动保护。这时所有EV模块的输出引脚将被硬件置为高阻态，从而保护控制系统。以下主要介绍系统中的转子位置检测电路、相电流检测电路、驱动电路、系统保护电路等。