基于dsPIC30F2010的無刷直流電動機控制系統設計
張冉，王秀和，王道涵，劉士勇
(山東大學，山東濟南250061)
摘要：介紹基于Microchip公司的數字信號控制器dsPIc30F20lO設計的無刷直流電動機的控制系統，闡述了利用這種數字信號控制器控制無刷直流電動機的原理，詳細介紹了該控制系統的硬件結構與軟件流程。實驗結果證明了該控制系統的可行性。
關鍵詞：數字信號控制器；ds PIc30心010；無刷直流電動機；控制系統
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)05—0030—02
O引 言
無刷直流電動機是隨著電力電子技術的發展而出現的新型機電一體化電動機。它既具有直流電動機的機械特性和調節特性，又具有交流電動機維護方便、運行可靠等優點，在電子設備、工業驅動和控制、軍用和航天領域取得了日益廣泛的應用[1]。MIcROc HlP公司的數字信號控制器是單片嵌入式控制器，它集成了單片機的控制功能以及DsP的計算能力，具有豐富的外設和強大的數字信號處理性能。此外，靈活的c語言再編程能力和低引腳封裝形式使數字信號控制器成為控制領域的理想選擇。本文介紹了基于數字信號控制器dsPIc30F2設計的永磁無刷直流電動機控制系統，并通過負載實驗驗證了該控制系統的可行性。
1基于dsPIC30F2010的無刷直流電動機控制原理[3]
無刷直流電動機的定子上安放各相繞組，轉子上安放永磁磁極。以三相無刷直流電動機為例，為了產生一個恒定的電磁轉矩，任意時刻需要根據轉子位置信號使三相定子繞組中的兩相繞組通電，通常轉子位置信號由安放在電機定子內的霍爾位置傳感器獲得�；魻栐g隔的電角度可以為60。和120。。圖1為無刷直流電動機及其控制系統的組成框圖。
本文的控制對象為一臺三相帶傳感器永磁無刷直流電動機，霍爾位置傳感器的相位差為120。。根據在不同時刻相繞組的通電情況，分為6個工作區間，每個區間為60。電角度，在每個工作區間內有特定的兩相繞組通電。圖2為不同工作區間內霍爾位置信號編碼和功率開關導通狀態。
三相霍爾位置傳感器可以得到一個三位的位置編碼，每個編碼代表了轉子所在的區間。得到轉子的位置信號之后，程序中通過查建立的驅動表決定每個功率開關的導通狀態，如表1所示�？刂葡到y中，將位置傳感器連接到dsPIc30F2010的中斷輸入cN(change N0tification)引腳上，cN引腳上的電平發生變化會產生中斷。在cN中斷服務程序中，由位置信號編碼查取應該導通的功率開關并使能相應的輸出引腳，驅動電機轉動。
由無刷直流電動機的基本原理可知，改變加在電機繞組兩端的電壓可以改變電機的轉速，即改變加在無刷直流電動機繞組上的PwM信號的占空比就可以實現電機的調速。dsPIC30F2010的電機控制專用模塊(McPwM)可以提供六路由PwM信號驅動的PwM輸出，McPwM有一個專用的16位的PIPER(Time Base Pedod Reglster)時基周期寄存器，通過更改此寄存器的數值可以更改PwM頻率。改變占空比是通過改變三個PDc占空比寄存器的值實現。通常為了控制方便，對驅動電路下橋的功率開關施加占空比可變的PwM信號。
2控制系統的設計與實驗
2 .1硬件設計
圖3為基于dsPIc30F20lO的無刷直流電動機控制系統的硬件結構圖。霍爾位置信號與cN中斷輸入引腳相連，AN2引腳被軟件配置為模擬輸入，將O～5 V電壓通過A／D轉換作為速度給定。功率開關器件采用美國國際整流器公司生產的MOsFETIRF2807，其額定電壓75 V，額定電流82 A。功率開關驅動電路采用IR2110高性能MOsFET驅動集成芯片，該芯片應用自舉技術實現同一集成電路可同時輸出兩個驅動逆變橋中高壓側與低壓側的通道信號。IR2110的sD引腳為保護信號輸人端，當該引腳接高電平時，IFl2110的輸出信號全被封鎖 [4]�？刂葡到y中，功率驅動電路的負端通過一個約O．1 12小電阻接地。若通過功率開關的電流過大，使得檢測電阻上的電壓超過設定的安全工作電壓時，比較器的輸出與sD端相連為高電平，封鎖全部PwM信號， |
