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基于DSP的无刷直流伺服电机全数字控制系统研究

摘要：本文主要介绍了全数字无刷直流电机的伺服系统，该系

统主要以dsp为核心，并且采取了ir2130、ipm所组成的功率变换

器以及驱动电路，全面的实现了全数字pwm控制体系，该系统结构

非常简单，并且具有明显的效果，而经过实验表明，该系统的调整

范围也较为广泛，对其性能的相关控制也较好。本文主要内容共分

为三个方面，第一部分主要对于无刷直流伺服电机控制系统的相关

概念进行了详细的叙述，第二部分则是对于系统的相关硬件配置进

行了深入的分析与探讨，最后对控制提出了一定的策略。

关键词：无刷直流电机；伺服系统；全数字控制；变换器

中图分类号：tp315文献标识码：a文章编号：1006-4311（2013）

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0引言

操作简单、运行机制较为可靠以及维护方便快捷等优点，是无刷

直流电机不但具有交流电机的几大优点，而且还具有直流电机的相

关优点，如运行效率较高以及在进行调速时，其性能较高，因为它

不可以不受机械的相关约束，并且容量也较大，转速较高，可以在

航天、军事、数控、冶金以及医疗等方面得到广泛的运用，因此具

有很大的研究价值。传统的无刷直流以电机所采用的调整体系一般

控制的结构都较多，并且采取了环与电流环进行双闭环的控制方

式，而由于电机电气的时间常数非常的小，在对于上速度环进行相

关控制，一般而言采取了模拟式的调节器进行，应采取数字调节器

的方式进行，而对于电流内环方面，它对于电流控制会提出较高的

要求。

高性能的伺服系统主要是由于电力电子器件以及微处理器发展

而产生的，而由于dsp内核20mips的高速处理机制以及电机控制

系统的外转设施，使得在运用微处理器进行pwm信号进行实进的调

制时，实现全数字无刷直流电机控制体系，本文主要介绍了以电机

芯片tms320f240为核心，全面的实现了让电流环进行全数字调速

体系，以下是对于该系统的相关实验。

1无刷直流伺服电机控制系统的概念

本文主要介绍了三相y联接方波式无刷电机pwm控制体系，无刷

电机的应用范围非常的广，通电的方法主要采取了两两相通的方式

进行，对其的控制方式以及运行机制也具有较多的选择性。永磁无

刷电机应用广泛，控制方法和运行方式，以下是对其进行控制的系

统原理图，具体如图1所示。

2系统硬件配置

以下是对于dsp最小配置示意图：

2.1电机及位置传感器主要采用了南京力源公司的qls系列，

该系统所使用的电机，无刷伺服电动机（220v，850w，1500r/min），

而磁场形成了方波的形式，其位置的倨器为光电码盘，它共可以输

出12路信号，其中表示磁极位置的信号为u、u-、v、v-、w、w-，

而表示速度信号则是a、a-、b、b-、c、c-。

2.2功率变换器与驱动电路而功率变换器主要是由二极管整流

桥、滤波电路、逆变器电路以及与之相应的吸收与保护电路等构成，

其开关无件主要采取了ipm智能功率为模块，其驱动电路则是采用

了ir2130o核心芯片。

2.3相电流检测以及反馈对于电流进行的相关检测，主要采取

了平衡式霍尔元件lem模块进行，而电流在进行采样时的电路具体

如下图所示：

通过电平的方式进行转化与放大，将采样所得的小电流信号转化

为电压的信号时，将具有正负两极的电流反馈信号转换为0～5v的

电压信号，其中，0v对应的是可以检测到的最大正电流，最后输入

到dsp中的两个转化单元（a/d）中，而5v则对应了可以检测到的

最大负电流。

而在利用了dspf240软件时，可以测量出电枢电流的平均值，与

pwm周期也进行了同步的对于a/d的相关采样，并以此作为反馈电

流参与到电流调节器中的相关运算。可以实现由电流反馈与转子位

置同步进行分时反馈机制，其相关反馈机制具体如下图所示：

2.4位置检测无刷直流电机中的三相转子位置信号，由于对其

差动进行了一定的放大燕隔离后，所输入到f240的三个捕获单元

可以当作成为位置的反馈信号，并且当任何一相转子信号产生了变

化，那么该信号都会进行中断，而中断时，可以对于程度中的actr

值进行一定的更换，最终产生与pwm相对应的输出信号，并为相应

的绕组进行通电，由此可以起到电子换相器的作用。

2.5转速检测及反馈由光电码盘所输出的光电脉冲，在经过差

动放大并隔离后所输入到gal所构