基于DSP的电动自行车用无刷直流电机控制系统的研究.docx
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基于DSP的电动自行车用无刷直流电机控制系统的研究
作者：
宋希涛
来源：
《科学之友》2010年第06期
摘要:
文章提出了基于DSP芯片TMS320LF2407A的永磁无刷直流电动机的速度控制系统设计方案。
首先建立了无刷直流电动机的数学模型,根据其调速原理确定系统的控制结构、控制技术、控制策略及控制芯片;然后,以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心,完成了系统硬件和软件设计。
关键词:
DSP;无刷直流电动机;仿真;TMS320LF2407A
中图分类号:
TM33文献标识码:
A文章编号:
1000-8136（2010）06-0107-01
1概述
电动车是以电动机作为行驶驱动的原动机、以车载电源作为动力能源的车辆.早在约亨利
（J.Henry）发明了直流电动机后不久的1831年,诞生了世界上第一部电动车。
电动车的核心技术包括三方面:
电动机、驱动与控制系统和电池技术等诸多学科。
电动机属于驱动系统元件,包括新型交流电动机、新型直流电动机、直接驱动电动机等等。
直流电动机是其中一个重要的分支。
目前,大部分电动自行车厂家所用的电动机为永磁直流电动机。
2控制系统方案设计
由于无刷直流电动机控制系统转速静差率的存在,故在实际工程应用中的无刷直流电动机控制系统都是采用闭环控制技术来实现的。
在本系统的转速环调节器及电流环调节器都采用增量式控制算法。
图1控制原理框图
如图1为本控制系统的原理框图,速度调节采用最通用的PI算法,以获得最佳的动态效果,转速环的输出为电流环的输入If,由反馈的速度信号和给定的速度信号相减得到速度误差e（k）。
通过PI控制算法得到新的参考电流:
Iref（k）=Iref（k-1）+Kps[E（k）-E（k-1）]+KisTsE（k）
式中:
Iref:
速度环的输出;
Kps:
速度环比例系数;
KIs:
速度环积分系数;
Ts:
速度环采样周期;
E（k）:
速度误差。
电流环的输出为比较值COMP,COMP越大PWM占空比也就越大,其典型PID增量式控制算法为:
COMP（k）=COMP（k-1）+（KPi+KIj+KDi/TI）e（k）
式中:
COMP（k）:
电流环的输出;
KDi:
电流环微分系数;
KPi:
电流环比例系数;
KIj:
电流环积分系数;
TI:
电流环采样周期;
e（k）:
电流误差。
3系统硬件设计
基于用简单的硬件保证系统既定功能实现这点,该控制器使用TI公司的TMS320LF2407A电机专用控制DSP芯片作为主控芯片。
该控制器采用了PWM方式实现对无刷直流电机的控制。
其基本原理DSP的PWNI输出端口经驱动芯片驱动六个功率场效应管,由其组成的三相全桥驱动电路对电机进行控制,位置检测和电流检测形成负反馈,位置检测的同时可以计算出电机转速参数,因此可以对电机进行位置环、速度环和电流环的三闭环控制。
4系统软件设计
无刷直流电动机控制系统软件设计要求根据输入的转子霍尔位置信号和反馈电流信号对电机进行换相,实现PWM脉宽调制,达到对电机进行速度控制的目的。
5综述
近年来,随着电动自行车的广泛应用,其电动机控制系统成为当前的一个研究热点。
本课题以电动自行车用无刷直流电动机控制系统为研究对象,首先建立了无刷直流电动机的数学模型,以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心,完成了系统硬件电路的设计和软件设计。
ResearchonBLDCMControlSystemAppliedInElectric-BicycleBasedOnDSPSongXitao
Abstract:
Thisdissertationpresentsasolutiontocontrolapermanent-magnetbrushlessDCmotorusingTMS320LF2407A.First,themathematicalmodelofBLDCMisbuilt,andthecontrolstructure,technology,strategyandchipareconfirmedbythetimingprinciple.Then,basedonTI’sDSP-TMS320LF2407A,thehardwarecircuitisdesigned.
Keywords:
DSPBLDCM;simulation;TMS320LF2407A
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