基于DSP的无刷直流电机控制器的研究与实现

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无刷直流电机有着体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点,同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性,被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域,随着无刷直流电机应用领域的不断扩大,要求控制系统运行稳定、成本低廉、控制算法合理、控制精度高、开发周期短。为此,基于DSP的无刷直流电机控制系统有着广泛的应用前景。美国TI公司的TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片,它具有强大的数字信号处理能力,将其用于无刷直流电机控制系统,则能更好的控制无刷直流电机,体现它的优越性能。本课题主要是研究用TMS320F2812如何控制无刷直流电机。为此,需要研究如何驱动功率较大的电机,如何保护电机使其正常转动,在需要计算机控制时,用RS485通信如何实现远程控制等。围绕此核心,本课题制作了一个基于DSP的无刷直流电机控制器,可驱动5kw的高速直流电机。本控制器含有一系列完善的功能,包括过流报警,气压、液压报警,准停功能,以及电机实际转速超出指定转速30%时的限速功能,此限速功能采用点刹方法来实现。控制核心使用DSP TMS320F2812,同时使用专用直流电机控制芯片MC33035控制和驱动电机。在DSP控制部分,承担了整个系统的控制功能,包括电机转速的检测、控制、显示,以及启动外围保护电机安全工作的附加设备等,与计算机的通信也由DSP负责。MC33035负责执行DSP部分的控制指令,给出控制电机转速的驱动信号,以调节电机转速。本课题使用的无刷直流电机采用霍尔元件作为位置反馈,控制器通过采集霍尔反馈的电机实际转速修正控制转速,从而实现对电机转速的闭环控制。电机转速的控制算法包括用矩形窗函数过滤采集到的电机转数,用PID算法调整控制转数。转速控制的主要思想是通过采集电机转速,与指令转速相比较后,用PID算法不断修正给出的控制转速值,最终让电机稳定在目标转速上。本课题完成了此无刷直流电机控制器的制作及调试工作。整个控制系统包括两大部分,一是控制器本身,二是在计算机上的操作系统。控制器通过RS485总线与计算机通信,在计算机的操作界面上含有控制电机所需要的全部功能按键,通过操作计算机可方便地控制电机。除了可通过计算机控制电机外,也可通过直接调节安装在控制器上的键盘来调节电机转速,同样也是闭环调节电机转速。调试结果表明,本控制器工作稳定,控制精度高,控制偏差基本都在理论计算误差75转/分内,而且操作方便,保护功能齐全,带载能力强,具有良好的应用价值。
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