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DSP在电动执行器控制系统中的应用

作者:唐陶时间:2016-04-08【返回上页】

1、系统构成

  系统采用直流无刷电机作为电动执行器的执行部件。驱动系统主要包括控制电路、主电路、电机等,不包括机械装置。TMS320F240包含有一般的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、9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。

  图中的IPM为智能功率模块(Intelligent PowerModule)。IPM不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路,并可将检测信号送CPU。即使发生负载事故或使用不当,也可保证IPM自身不受损坏。目前的IPM一般采用IGBT作为功率开关器件,并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。

2、系统控制

(1)软启动
  软启动就是在BLDCM启动过程中采取PWM方式控制逆变器的6个功率开关管,从而起到降低平均电压,限制启动电流的目的。

(2)换相逻辑
  系统采用的控制方式为二相导通三相六状态,主电路如图3—2所示。功率器件的排列顺序采用图中所示的上桥臂1,3,5,下桥臂,4,6,2的顺序。按照一定的逻辑关系打开6个功率器件,即可实现电机的正反转。根据磁极位置传感器的信号组合,有6种状态,一一对应于桥臂的开关组合,如从T1, T2→T2,T3→T4,T5→T5,T6→T6,T1→T1,T2,如此循环,反过来即可实现反转。
主电路图
  宽范围调速是衡量调速系统性能的重要指标。考虑到无刷直流电动机的特殊情况,有两种改变电压的方法。其一是每相导通的时间维持不变,改变每相导通时加在线圈上的电压幅度大小来实现调速。这种通过调幅来实现调速的方法,其调速线性度好,但损耗大。为减少损耗,可采用直流电压变换器供电,以实现调压,但这又增加了线路成本。另一种方法是保持每相导通时加在电枢线圈上的电压幅度大小不变,而改变每相导通时间的长短,实质上就是改变了加在线圈上的平均电压的大小,从而也能实现调速。该系统采用DSP控制IPM驱动直流无刷电动机,实现脉宽调制是非常容易的,因而该系统采用后一种方法。

(3)转矩脉动
  当电机换相时,电机中性点电压的变化使相电流会有很大的降落,从而形成很大的电机换相转矩脉动。大的转矩脉动容易使电机运动抖动,缩短电机的使用寿命,降低系统运行的可靠性。采用换相补偿后,电机换相转矩脉动有了很大程度的降低。

3、软件算法

  图3—3给出了其中的位置控制流程。在偏差较大的时候,采用能快速纠偏的非线性控制作为开始的粗定位。为了保证精度,在位置偏差进入较小范围内的时候,控制器由非线性控制换成线性控制,从而保证了位置控制的快速性和精确性。
位置控制流程图