一种新型直流电机控制器

殷兴光

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）

摘要：过去控制直流电机多由单片机完成，其不但接口繁琐，而且速度慢，不易在高温、高压等恶劣环境下工作。针对电压闭环和电流闭环直流调速系统的不足，采用数字信息化的方法，设计一种基于DSP控制器的通用电机调速系统，并将其应用于电动车驱动系统电机控制中。仿真结果表明，该系统工作稳定可靠，运行速度提高了60%以上，达到了设计要求。

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关键词 ：DSP；直流调速；电动车；PWM

中图分类号：TN710-34；TP272 文献标识码：A 文章编号：1004-373X（2015）12-0154-02

收稿日期：2014-11-26

基金项目：国家自然科学基金（61272038）

以前控制直流电机多由单片机完成。该方式缺点是接口繁琐、速度慢，且不易在高温、高压等恶劣环境下工作[1]。采用一种新型直流电机控制器——DSP控制器解决了单片机控制的缺点，其具备很多优点，该控制器不仅具有面向电机的控制能力，同时它便于修改控制参数以及具有自诊断等功能[2]。

1 直流电机控制器硬件平台设计

该调速系统主要由DSP芯片、脉宽调制电路、功率驱动电路、电机以及电流/电压传感器组成。TMS320LF2407 是TI 公司专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计[3]，工作温度范围为-40～125 ℃，针脚数为144，频率为30 MHz，电源电压最大为3.6 V，最小为3 V。存储器容量RAM为5 KB，接口类型为CAN、sci、SPI，封装类型为剥式[4]。图1 为基于DSP控制器结构框图。

将传感器检测到的反映电机状态的电压、电流、转速信号传向DSP控制器A/D转换器[4]，经过模/数转换后的信号和它们相应的设定值经过DSP中的控制算法处理后，就产生一个PWM波的控制输出量[5]。PWM经济、节约空间且抗噪性能强，是一种值得使用的有效技术。这个PWM波输出量经过脉宽调制后加载到驱动电路中并调节电枢电流，直至直流电机调速系统达到稳态。

2 软件控制

2.1 TMS320LF2407 DSP控制软件

TMS320LF2407 DSP控制软件流程图如图2所示。

对TMS320LF2407 DSP 的软件控制首先对寄存器进行初始化。过段时间后对输入、输出（I/O）口及模数（A/D）采样寄存器进行初始化，其次读取设定电流及细分数和E2PROM 中电机转子初始位置。E2PROM 是“电可擦除可编程只读存储器”，最后DSP的参数变量进行初始化，过段时间后取得ia、ib电流偏移量。同时中断启动，允许PWM输出控制量，并反复检测细分开关状态及记录转子位置。

2.2 转子位置和速度检测

位置检测不但用于换相控制，而且还能产生速度控制量。位置信号是通过3个霍尔传感器得到的，霍尔传感器根据霍尔效应工作的[6]。

3 测试结果与分析

使用TMS320LF2407 仿真器进行调试，实验电机采用永磁直流电机[7]，其参数如下：额定功率P = 20 kW ，额定电压UN = 120 V ，额定电流IN = 180 A ，额定转速nN = 3 000 r/m ，电枢电阻Ra = 0.018 4 Ω 。电感L = 0.128 mH ，折算到电动机轴上拖动系统飞轮惯量GD2 = J = 17.4 N - m2 。电磁时间常数Kt = 6.96 ms ，电势常数Ke = 0.042 1 V/(r/m) ，转矩常数：Km = 0.4 N - m/A ，机电时间常数tm = 20 ms 。图3 为PWM 输出曲线，由图4可知，在电流闭环作用下，电流迅速上升至指定值并稳定下来，直到电压上升到最大允许值。此后，电压稳定下来而转速继续上升，因此电流急速下降，直到与负载电流相等为止，这时基本达到稳态状态[9]。

4 结语

本文在电压闭环系统改进的基础上，构建了基于DSP控制的全数字直流PWM调速系统。将工业控制中普遍使用的算法用在DSP上可以很好的实现，可用于直流电机控制的PWM波形输出。实验证明该系统控制准确且运行速度提高60%以上，电机转速平稳，在工业生产中可推广使用。

作者简介：殷兴光（1973—），男，陕西乾县人，副教授，硕士。研究方向为工业电气自动化。

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参考文献

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[2] 章玮，姚维，潘再平，等.数字信号处理器（DSP）在电机控制中的应用[J].中小型电机，2009，28（4）：33-35.

[3] 王晓明，王玲.电动机的DSP控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的无刷直流电机在电动执行器中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2003（5）：26-28.

[5] 韩安太，刘峙飞，黄海.DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M].北京：清华大学出版社，2009.

[6] 李潮泳，林国斌，尚敬.基于TMS320LF240的串行通信设计[J].微计算机信息，2003，19（4）：8-10.

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[8] 柴天佑，刘德荣.基于数据的控制、决策、调度与故障诊断[J].自动化学报，2009（4）：13-15.

[9] 齐雪艳.现代住宅电气设计节能技术探讨[J].黑龙江科技信息，2008（10）：23-24.