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        一種新型直流電機控制器

        2015-06-15 23:37:12殷興光
        現(xiàn)代電子技術 2015年12期
        關鍵詞:電動車

        殷興光

        摘 要: 過去控制直流電機多由單片機完成,其不但接口繁瑣,而且速度慢,不易在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下工作。針對電壓閉環(huán)和電流閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的不足,采用數(shù)字信息化的方法,設計一種基于DSP控制器的通用電機調(diào)速系統(tǒng),并將其應用于電動車驅(qū)動系統(tǒng)電機控制中。仿真結果表明,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,運行速度提高了60%以上,達到了設計要求。

        關鍵詞: DSP; 直流調(diào)速; 電動車; PWM

        中圖分類號: TN710?34; TP272 文獻標識碼: A 文章編號: 1004?373X(2015)12?0154?02

        以前控制直流電機多由單片機完成。該方式缺點是接口繁瑣、速度慢,且不易在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下工作[1]。采用一種新型直流電機控制器——DSP控制器解決了單片機控制的缺點,其具備很多優(yōu)點,該控制器不僅具有面向電機的控制能力,同時它便于修改控制參數(shù)以及具有自診斷等功能[2]。

        1 直流電機控制器硬件平臺設計

        該調(diào)速系統(tǒng)主要由DSP芯片、脈寬調(diào)制電路、功率驅(qū)動電路、電機以及電流/電壓傳感器組成。TMS320LF2407是TI公司專門針對電機、逆變器、機器人、數(shù)控機床等控制而設計[3],工作溫度范圍為-40~125 ℃,針腳數(shù)為144,頻率為30 MHz,電源電壓最大為3.6 V,最小為3 V。存儲器容量RAM為5 KB,接口類型為CAN、SCI、SPI,封裝類型為剝式[4]。圖1為基于DSP控制器結構框圖。

        將傳感器檢測到的反映電機狀態(tài)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速信號傳向DSP控制器A/D轉(zhuǎn)換器[4],經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號和它們相應的設定值經(jīng)過DSP中的控制算法處理后,就產(chǎn)生一個PWM波的控制輸出量[5]。PWM經(jīng)濟、節(jié)約空間且抗噪性能強,是一種值得使用的有效技術。這個PWM波輸出量經(jīng)過脈寬調(diào)制后加載到驅(qū)動電路中并調(diào)節(jié)電樞電流,直至直流電機調(diào)速系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。

        2 軟件控制

        2.1 TMS320LF2407 DSP控制軟件

        TMS320LF2407 DSP控制軟件流程圖如圖2所示。

        對TMS320LF2407 DSP的軟件控制首先對寄存器進行初始化。過段時間后對輸入、輸出(I/O)口及模數(shù)(A/D)采樣寄存器進行初始化,其次讀取設定電流及細分數(shù)和E2PROM中電機轉(zhuǎn)子初始位置。E2PROM 是“電可擦除可編程只讀存儲器”,最后DSP的參數(shù)變量進行初始化,過段時間后取得ia、ib電流偏移量。同時中斷啟動,允許PWM輸出控制量,并反復檢測細分開關狀態(tài)及記錄轉(zhuǎn)子位置。

        2.2 轉(zhuǎn)子位置和速度檢測

        位置檢測不但用于換相控制,而且還能產(chǎn)生速度控制量。位置信號是通過3個霍爾傳感器得到的,霍爾傳感器根據(jù)霍爾效應工作的[6]。

        3 測試結果與分析

        使用TMS320LF2407 仿真器進行調(diào)試,實驗電機采用永磁直流電機[7],其參數(shù)如下:額定功率[P=20 kW],額定電壓[UN=120 V],額定電流[IN=180 A],額定轉(zhuǎn)速[nN=3 000 r/m],電樞電阻[Ra=0.018 4 Ω]。電感[L=0.128 mH],折算到電動機軸上拖動系統(tǒng)飛輪慣量[GD2=J=17.4 N?m2]。電磁時間常數(shù)[Kt=6.96 ms],電勢常數(shù)[Ke=0.042 1 V/(r/m)],轉(zhuǎn)矩常數(shù):[Km=0.4 N?m/A],機電時間常數(shù)[tm=20 ms]。圖3為PWM輸出曲線,由圖4可知,在電流閉環(huán)作用下,電流迅速上升至指定值并穩(wěn)定下來,直到電壓上升到最大允許值。此后,電壓穩(wěn)定下來而轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,因此電流急速下降,直到與負載電流相等為止,這時基本達到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)[9]。

        4 結 語

        本文在電壓閉環(huán)系統(tǒng)改進的基礎上,構建了基于DSP控制的全數(shù)字直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。將工業(yè)控制中普遍使用的算法用在DSP上可以很好的實現(xiàn),可用于直流電機控制的PWM波形輸出。實驗證明該系統(tǒng)控制準確且運行速度提高60%以上,電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn),在工業(yè)生產(chǎn)中可推廣使用。

        參考文獻

        [1] 陳璟華,李日隆,謝曉峰.基于專用控制芯片的直流電機控制系統(tǒng)[J].電機電器技術,2008(3):25?28.

        [2] 章瑋,姚維,潘再平,等.數(shù)字信號處理器(DSP) 在電機控制中的應用[J].中小型電機,2009,28(4):33?35.

        [3] 王曉明,王玲.電動機的DSP控制[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

        [4] 晏昌猛,潘俊民.基于DSP控制的無刷直流電機在電動執(zhí)行器中的應用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2003(5):26?28.

        [5] 韓安太,劉峙飛,黃海.DSP控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應用[M].北京:清華大學出版社,2009.

        [6] 李潮泳,林國斌,尚敬.基于TMS320LF240的串行通信設計[J].微計算機信息,2003,19(4):8?10.

        [7] 常斗南,李全利.可編程序控制器[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

        [8] 柴天佑,劉德榮.基于數(shù)據(jù)的控制、決策、調(diào)度與故障診斷[J].自動化學報,2009(4):13?15.

        [9] 齊雪艷.現(xiàn)代住宅電氣設計節(jié)能技術探討[J].黑龍江科技信息,2008(10):23?24.

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