基于DSP在无刷直流电机控制中的应用

1概述
　　
　　
本文采用TI公司推出的240XDSP作为无刷直流电机全数字控制核心，组成的伺服系统只需要很少的系统元件。TMS320Ｆ240X是美国ＴI公司推出的高性能16位数字信号处理器(DSP)，是专门为电机的数字化控制而设计的。这种DSP包括一个定点DSP内核及一系列微控制器外围电路，将数字信号处理的运算能力与面向电机的高效控制能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障检测、自诊断和与上位机通信等功能。
　　
2硬件介绍
　　
TMS320LF2407A的内核是TMS320C2XX(图1)，内部采用了哈佛结构，流水线作业，在20MHz的时钟频率下，指令周期仅为50ns，且多数指令都能在一个指令周期内完成。其中央算术逻辑部分包括32位中央算术逻辑单元(CALU)，32位累加器，CALU的输入/输出数据定标移位器，16位×16位乘法器，乘积定标移位器，数据地址发生逻辑(包括8个辅助寄存器和1个辅助寄存器算术单元(ARAU)，程序地址发生逻辑。当处理器连续工作时，还能同时执行：a、经由串行口的数据接收和发送；b、内部定时器减数；c、产生三相脉宽调制(PWM)波形；d、采集4个模拟信号；e、看门狗定时器减数。它还包含有其它系列的ＤＳＰ芯片所没有的双10位模数转换器、基于ＰＷＭ控制的管理器(6个比较单元、12路ＰＷＭ输出、2路光电编码器接口的编码单元)。其ＰＷＭ波形生成单元包含可编程死区控制，可输出非对称ＰＷＭ波形、对称ＰＷＭ波形和空间矢量ＰＷＭ波形。LF2407是x240x系列DSP中唯一能够扩展外部存储器，也是其中控制功能最强、片上设施最完备的一个型号，广泛的用于代码开发、系统仿真以及实际系统中。

图1 TMS320Lx240x系列DSP控制器总体结构

　　
3DSP控制流程
　　
图2是用TMS320LF2407A实现三相无刷直流电动机调速的控制和驱动电路。本设计采用TMS320LF2407A微控制器为系统控制器核心，以功率MOSFET场效应管为功率变换元件，任意时刻电机只有两相导通来控制换流元件，采用PWM方式来控制电机的转矩和转速。在这里，三个位置间隔120O分布的霍尔传感器H1，H2，H3经整形隔离电路后分别与TMS320LF2407A的三个捕捉引脚CAP1，CAP2，CAP3相连，通过产生捕捉中断来给出换相时刻，同时给出位置信息。

图2 用TMS320LF2407A实现三相无刷直流电动机调速的控制和驱动