基于ADSP21992的带霍尔传感器无刷直流电机控制系统

江苏电器　（２００６　Ｎｏ＋１）　基，？：，ＤＳＰ２１９９２￣带霍尔传感器无鼬直流电机控翩系统　基于ＡＤＳＰ２　１　９　９２的带霍尔传感器　无刷直流电机控制系统　邱晶晶，胡虔生　（东南大学，江苏南京２１　０　０９６）　摘要：　设计了一种基于ＡＤＳＰ２１９９２的无刷直流电动机控制系统，对其中的转子位置检测电路、驱动　电路、保护电路以及控制电路等内容进行了详细的讨论，并给出了相应的硬件电路、软件策略及实验结果。该　设计方案电路简单、可靠性高，具有较高的应用价值。　关键词：　数字信号处理器；无刷直流电机；转子位置检测；控制　中图分类号：ＴＭ３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—３１７５一（２００６）０１—００１０—０３　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＤＳＰ２１９９２　ｆｏｒ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　ｗｉｔｈ　Ｈａｌｌ　Ｓｅｎｓｏｒ　ＱＩＵ　Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ，ＨＵ　Ｑｉａｎ－ｓｈｅｎｇ　（Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｎｅｗ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＢＬＤＣＭ　ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ＡＤＳＰ２　１　９９２，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ、ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ、ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｅｔｃ，ｔｈｅｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ、ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔａｃｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ。ｈｉｇｈｌｙ　ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ　ｈａｖｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ；ｒｏｔａｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ　０引言　永磁无刷直流电机体积小、重量轻，它既具有　类似普通直流电动机的良好调速性能，又不存在机　械换向装置，电磁噪声与干扰小，维护要求低，可靠　性好；而且由于不需电励磁，效率相对较高，因此　得到了迅速的发展。介绍一种基于ＡＤＩ公司ＡＤＳＰ－　２１９９２芯片的高速无刷直流电机的控制系统，该系　统中元器件个数、提高ＣＰＵ处理能力、提高系统的　可靠性等。系统最终的目标是应用于飞轮系统中的　高速无刷直流电机，因此，对处理器的速度要求极　高，从实时性能方面考虑，需要选取处理速度尽可　能高的芯片。而ＡＤＩ的２１９９ｘ系列速度达到了１６０Ｍ，　再考虑到其适应恶劣工作环境的能力，在本文中，我　们选择了ＡＤＳＰ－２１９９２作为核心控制芯片［　。　１．１硬件构成（如图１所示）　１．１．１控制电路　控制电路主要由ＡＤＳＰ２１９９２及其相应的外围扩　展电路构成。其中包括晶振电路，外扩ＦＬＡＳＨ，ＪＴＡＧ　接口，电源电压转换电路，ＰＷＭ接口，Ｉ／Ｏ接口以及　统具有高速、大转动惯量负载，电机有较大起动转　矩等特点。　ｉ控制系统方案　基于ＤＳＰ的电机控制系统具有传统的单片机电　Ａ／Ｄ接口等电路模块构成。ＡＤＳＰ２１９９２为１６０Ｍ的高　性能混合信号ＤＳＰ芯片，该芯片除具有强大数据处　机控制系统和专用芯片电机控制系统的优势，即专　用的电机控制机制、用户可编程、扩展能力强、功能　强大等；同时又克服了它们各自的缺点，如外设和　存储器集成在芯片内，可减少电路板面积、减少系　基金项目：国家自然科学基金项目（５０４７７０２１）　理能力外，针对电机控制，还提供有６路ＰＷＭ输出、　８路１４位Ａ／Ｄ转换通道、１６路通用Ｉ／Ｏ口以及３个　３２位专用计数单元等硬件资源。　ｉ．１．２功率电路　作者简介：邱晶晶（１９８１一），男，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向为永磁无刷直流电机的控制及其应用；　胡虔生（１９４２一），男，江苏无锡人，教授。博导，从事特种电机及其控制系统、电机现代设计和ＣＡＤ设计、电气设备状态检测　与故障诊断的教育和科研工作　１Ｏ一　维普资讯 http://www.cqvip.com

基于ＡＤＳＰ２１９９２的带霍尔传感器无鼬直流电机控翩系绞。　江苏电器（２００６　Ｎｏ．１）　图１　无刷直流电动机控制系统结构原理图　驱动电路由二极管整流桥、滤波电容以及ＩＧＢＴ　逆变器构成；驱动电路采用ＩＲ公司的ＩＲ２１３０专用　的ＭＯＳ功率器件专用门极驱动芯片，该芯片不仅可　输入ＤＳＰＩ／Ｏ口。传感器ＬＥＭ模块进行高频双向直流　检测，并直接将电流信号相应的感应电压信号输入　ＤＳＰ　Ａ／Ｄ口进行数模转换　。　１．２软件策略　本系统软件由主程序和中断服务程序构成。主　以实现对ＩＧＢＴ的最优驱动，且具有完善的保护功能，　町显著提高系统的集成度和可靠性；隔离部分采用　高速光耦ＨＣＰＬ４５０４，起电位隔离作用。　１．１．３转子位置及电流检测电路　由于高速电机工作电流、反电势波形畸变较为　程序主要完成系统的初始化，包括各寄存器、变量　的初始化以及外部器件的初始化以及检测ｉ／ｏ口状　态。中断服务程序主要有ＰＷＭ同步中断服务程序，　严重，因此不适合采用无位置传感器控制，为安装　方便，采用体积小、安装方便的电磁霍尔传感器并　安装于定子绕组端部，输出信号经分压，滤波缓冲，　主程序　系统初始化　清中断　●　每次电流采样Ａ／Ｄ转换结束后产生中断。软件流程　如图２所示。　ＰｗＭ同步中断ｌ　ＰＩ初始化　转子速度计算　设置时钟　●　设定ＰＷＭ　波占空比　二二］［＝二　读取转速　Ａ／Ｄ口数据　二＝［　初始化ＩｌＯ口　●　由Ｉ／Ｏ口输出　相应ＰＷＭ波　初始化Ａ／Ｄ口　●　二二工二　调入转速　ＰＩ调节函数　初始化ＰＷＭ口　二二工二　读取电流　Ａ／Ｄ口数据　二二［二二　调入电流ＰＩ　调节函数　图２软件流程框图　电流ＰＩ调节器目的是实现电流快速、准确地跟　踪给定值，故选用增量式ＰＩ调节器：速度ＰＩ调节　器关系到系统的动、静态性能，故采用积分分离ＰＩ　最优化，系数的选取有待进一步的实验与研究［３］。　２系统调试结果　调试过程中，用四通道示波器和电流钳形表对　控制系统的电压电流波形进行了记录测量，并进行　了分析。本控制系统所采用的试验样机是一台摩托　调节器。软件设计中遇到的ＰＩ调节器设计问题即比　例系数ｋ　和积分作用系数ｋ　选取问题。系统采用系　数为ＡＤＩ公司标准ＰＩ程序中规定的系数（　＝２５，　：ｋｐ／ｋｉ＝５０Ｈｚ），并使用正常，为了达到系统的　维普资讯 http://www.cqvip.com

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