基于 DSP 的直流无刷电机控制中的转矩问题的讨论
作者 陈继红
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(西安电子科技大学电子工程学院,西安
710071)
摘
要:无刷直流电动机是一种应用非常广泛的电机,其结构简单,性能优越,发展前景广阔.本文着重
讨论了基于 DSP 的无刷直流电机控制系统中 PWM 波的产生和抑止转矩脉动的几种方法,并对几种方法进行 了比较. 关键词: 无刷直流电动机; DSP; PWM; 转矩脉动
The Discussion of Torque Ripple in DSP-Based BLDC Motor Control System
Chen Jihong
(School of Electronic engineering, Xidian Univ. , Xi'an 710071)
Abstract:
The BLDC motor is used widely in application. With it's simple structure and high performance, the
motor shows a broad prospect in industry. The paper emphasis on the production of PWM and several methods to restrain the torque ripple in the DSP-based BLDC motor control system, on the same time , the comparison of those methods is given. Keywords: BLDC motor; DSP; PWM; torque ripple
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引言
无刷直流电机无级调速,结构简单, 运行可靠调速范围宽, 低速性能好, 高起动转矩, 高效率,寿命长等优点.它的换相是根据电机转子位置信号进行电子换相来实现的.电机 能否正常运行依赖于准确的换相.研究发现,不同的 PWM 脉冲切换方式对无刷直流电机 的换相有不同程度的影响,即使电机转子位置信号准确,但由于 6 路 PWM 脉冲信号之间 的切换存在切换延时,并且由其形成的换相死区使换存在切换延时,并且由其形成的换相 死区使换相不准确,造成电流波动,从而形成电机转矩脉动,影响了系统的稳定性和可靠 性.
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陈继红 女 生于 1979 年 12 月 西安电子科技大学硕士研究生 研究方向为模式识别与智能系统 176-1
引起转矩脉动的主要因素有:(1)齿槽效应引起气隙合成磁场发生畸变,影响电磁转 矩;(2)绕组电感的影响使得输入定子绕组的相电流不可能是理想的矩形波,使反电动势与 理想波形的偏差加大;(3)相电流换向使得电枢磁场呈步进性,导致气隙合成磁场波动,影 响电磁转矩的平稳;(4)电枢反应影响气隙合成磁场,这对于对于功率较大的无刷直流电动 机影响较明显. 从上述引起转矩脉动的主要因素可以看出, 转矩脉动的根本原因在于气隙合 成磁场和定子绕组相电流的波动. 因此要减小转矩脉动, 就应该采取措施保证气隙合成磁场 和相电流的稳定.
2.DSP TMS320LF2407A 及其 PWM 生成原理
2.1 芯片简介 TMS320C24X 系列是美国 TI 公司专门为电机控制设计的专用芯片,在其基础上升级了 TMS320LF240x.它具有以下优点: 采用高性能的 CMOS 工艺,使得供电电压降为 3.3V,减小了控制器的功耗;最大可 达 40MIPS 的执行速度缩短了指令周期,从而提高了控制器的实时控制能力. 片内高达 32K 字的 FLASH 程序存储器,高达 1.5K 字的数据/程序 RAM,544 字 双端口 RAM(DRRAM)和 2K 字的单口 RAM(SARAM) . 两个事件管理器模块 EVA 和 EVB,每个包括:两个 16 位通用定时器;8 个 16 位 的脉宽调制(PWM)通道.它们能够实现:三相反相控制;PWM 对称和非对称波形;当外 部引脚 PDPINTx 出现低电平时快速关闭 PWM 通道;可编程的 PWM 死区控制以防止上下 桥臂同时输出触发脉冲;3 个捕获单元;片内光电编码器接口电路;16 通道 A/D 转换器. 片内外设有看门狗定时器和实时中断定时器;可通过事件管理器触发 1 个 16 通道 或 2 个 8 通道 A/D 转换器来处理反馈速度,位置,电压,电流等模拟信号;同时还有 SPI, SCI 以及多达 40 个的 GPIO. 2.2.PWM 生成原理 应用 DSP 产生 PWM 的原理图如图 1 所示.具体实现如下: a.通过设置 TxCON 寄存器来确定采用连续增/减计数模式.计数器按设定的时间单位 连续向上计数,当计数到设定的峰值时,计数器立即向下计数则生成三角载波.在计数器计 数过程中, 如果设定的比较寄存器的值与计数器的值相等时 PWM 脉冲输出端口自动输出高 电平或低电平.

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