基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中的使用分析

聶喜亮+陳軍+趙玉瓊+唐天敏+李飛燕

摘要： 在此從無刷直流電機特性入手，分析基于DSP控制的無刷直流電機所具有的優點，從而驗證其在電動執行器中應用的有效性。為更好地探討其在電動執行器中的應用，綜合運用比較分析、實驗論證、圖示等方法來分析DSP控制的無刷直流電機在系統及其硬件配置等方面的優勢。通過對比分析可以看到其系統控制及其軟硬件的配備上能夠更好地適應電動執行器的功能要求，并且有利于維修養護。在互聯網的背景下探討DSP控制的無刷直流電機的系統設計及其控制等問題，從而保證其應用于電動執行器時系統控制的完整性及其有效性。

關鍵詞： DSP控制； 無刷直流電機； 電動執行器； 系統控制

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A文章編號： 1004?373X（2014）08?0159?04

Analysis on application of DSP?controlled brushless DC motor in power?driven actuators

NIE Xi?liang， CHEN Jun， ZHAO Yu?qiong， TANG Tian?min， LI Fei?yan

（Kunming Institute of Physics， Kunming 650223， China）

Abstract：Proceeding with the characteristics of brushless DC motor， the advantages of the DSP?controlled brushless DC motor are analyzed to verify the effectiveness of its application in the power?driven actuator. To better explore its application in power?driven actuator， the comparative analysis， experimental demonstration， graphical representation and other methods were adopted to analyze the superiority of DSP controlled brushless DC motor system in the aspects of the hardware configuration. Through comparative analysis， it is seen that its system control， hardware and software configurations can be more adaptive to the functional requirements of power?driven actuators， and more conducive to maintenance and upkeep. The innovation of this paper is to investigate the system design of DSP?controlled brushless DC motor and other issues under the background of the Internet， so as to ensure the integrity and effectiveness of system control when it is applied to power?driven actuator.

Keywords： DSP control； brushless direct current motor； electric actuator； system control

1無刷直流電機的相關特性

無刷直流電機與有刷電機相比最大的特點是采用電子換相裝置，具有更好的調速性能、其工作效率大為提高、使用中的噪音也大大降低。因為其上述優點，使得無刷直流電子在航空以及一些較高性能的數控驅動中得到了較為廣泛的應用。轉子位置傳感器向電機提供一些較為基本的換相信息，對無刷電機的正常工作有著重要的影響，但它因為自身的限制也存在一些使用的弊端，比如其結構較為復雜，信號會受到環境的影響等[1]。但是，無刷直流電機以其電子裝置及直流電機的優勢，在電動執行器中得到了較為廣泛的應用。

無刷直流電機在具體應用中作用的發揮與電壓等影響因素有著重要的關系。具體而言，當提高作用于電機的電壓時，電機的運行速度便會提高，而在該種供電電壓升高時，電機中電樞的反電勢的值仍然為其原值，而電機的工作電壓發生變化時電壓和電流的變化會帶動電樞中電機轉子繞組的電流也相應的增加。而電機繞組電子的電流的增加從某種程度上是對轉子的作用，從而對其產生一個加速度，提高了電機的運行速度，而電機運動的加速也會帶動電樞反電勢的提高[2]。而從另一個方向來講，電機中的電樞反電勢的提高會在某種程度上降低電機轉子繞組電流，從而使得轉子減速，當反電勢的電壓變化降至電壓電壓變化量水平時，電機的該種加速運動便會停止，如反電勢的電壓再提高則開始一個新的加速周期運動。

無刷直流電機的降速與加速運動的原理相似。在無刷直流電機的工作電壓被降低時，其運行的速度也相應的降低。而在電壓降低的那一刻，其電樞的反電勢沒有任何的變化，但是電壓的降低會直接使電機轉子繞組的電流降低，從而影響轉子的運動模式最終降低其運動的速度，而轉子運動速度又作用于電樞電動勢，使其也呈現出下降的變化，電機便會以一種新的速度來運動[3]。這種對電機的電壓進行影響的方式，能夠有效地提高直流電機調速的便捷性，并且該種方式簡單且可靠性較高，比交流電機的變頻調速等有著較多的有點。無刷直流電機運動的另一影響因素是其負載力矩，當某電機的負載力矩提高而其電壓不發生任何變化時，電機的轉速會出現降低，反之，轉速則會提高。

對于電動執行器而言，穩定與可靠性是關系其質量的最為關鍵的因素。無刷直流電機定子采用與交流電機相似的原件，而轉子的材料則是永久磁鐵，是的直流電機具有運行中的穩定性、使用壽命相對較長等優點。因為永久性磁鐵在運動的過程中不會產生熱，而以繞線中樞形式存在的定子產生的熱量會直接向外散出，因此也不會造成熱量的堆積，這對于電機的性能及其使用壽命都有積極的作用。

無刷直流電機應用于電動執行器時，其電磁力矩對于電動執行器的輸出力矩有直接的影響，當我們能夠對前者進行有效的控制時也便實現了對后者的控制。電機的該種輸出力矩的計算可以通過對電機電氣參數的檢查記錄來完成，在無刷直流電機中，該種檢測只需檢測電機中的電流便可以計算出電機的輸出力矩，再通過相關參數的比較計算得出電動執行器的輸出力矩。當我們得到上述相關數值時，便可以以它們作為參考來對電機的電流進行相應的調整，實現對電動執行器輸出力矩的科學合理控制。

2DSP控制及其特點分析

DSP是一種性能比較高的數字信號處理器，它是針對電機的數字化控制所設計，就其結構而言，由定點DSP內核與一系列的微控制器外圍電路組成。它能夠實現對數字信號的高速運算和處理，同電機的更高性能的控制有機集合，在很大程度上提高了電機控制策略修改的便捷度，并且能夠實現對一些控制參數的檢測和修正以及機器故障的監測、診斷等。將該種控制應用于無刷直流電機中，能夠有效的提高電動執行器的作用[4]。其系統的硬件構成如圖1所示。

以DSP控制為基礎的無刷直流電機就硬件而言，主要是由定點DSP、外圍電路、功率驅動電路及其保護電路等構成。DSP的主控制電路由一個功能相對比較齊全的定點數字信號處理器作為其控制的核心，負責完成直流電機內各種信號的搜集和處理，并且負責整個系統的閉環控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來完成控制器和它的上位機的通訊工作。

圖1 系統硬件構成圖

該系統的具體工作原理為：無刷直流電機以某種方式啟動之后，會以PWM的形式來實現對電機的閉環控制，而在這個控制調節的過程中輸入的交流電在經過整流電路時經過轉換形成直流電，并且經過穩壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調試中將系統的電阻設定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時，若PWM的周期為1 ms，以調節PWM信號占空比的方式來實現對開環的調速時能夠得到如表1所示實驗數據。

表1 實驗數據

從上述數據可以看到兩者的線性關系及其對電機控制的效果。無刷直流電機的給定轉速通過DSP的一個口來輸入，輸入之后經過ADI將該種模擬的信號轉化成為數字信號，該種信號的轉化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機的換相的控制是由數字信號中的位置信號來完成的，由數字信號所包含的相關位置參數能夠計算出電機的轉速，我們將計算的結果與電機給定的轉速進行比較，并在此基礎來進行一定的偏差修正，并且將修正偏差過程中所產生的電流參考量和反饋量進行比較，以比較的結果進行相應的調整，并以對脈沖寬度的控制來實現對控制功率管開關時間的改變，從而實現了對于無刷直流電機的控制。

該數字控制器中，PWM驅動主電路以智能功率模塊的形式來完成驅動與電路保護的功能，在一定程度上優化DSP與驅動電路的工作模式及其接口方式的簡化。在DSP中，功率驅動電路實現其控制的電路輸出的相應脈沖信號功率的放大，從而實現對于電機中相應部件的驅動，在DSP控制構件的選擇時盡可能選擇一定電壓范圍內的，保證滿足電機工作需求的同時能夠實現欠壓保護及其過流保護的作用。

在電機工作的過程中，通過其的直流電壓的高低會對其工作產生直接的影響。當通過電機的直流電壓過高時會造成一些功率器件的損壞或者是電機本身的損壞，而電壓過低時則會造成電流的增加從而使得開關的損耗提升。從系統安全的角度出發，我們在設計控制系統時選擇欠壓及電壓保護電路的形式。過壓保護電路能夠將直流電源的電壓通過分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對固定的電壓閥值。在這過程中，我們可以通過電壓值和固定閥值的比較來進行電壓的調節和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當電壓比較高時輸出的則是高電平，當高電平出現時電機會停止運動，以保證系統的安全。

DSP功能的實現是由其不同的結構及其相互間的協作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執行速度，高端的結構、流水線式的作業模式以及高速的頻率使得其運動周期大為縮短并且能夠使多數指令能夠在一個周期內完成。DSP中的事件管理器主要是應用于電機的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號產生及計算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對空間矢量的控制，同時具備相應的逆變器功能，能夠實現對無刷直流電機的有效控制。而捕獲單元的設計及其元器件的選擇能夠保證其對無刷直流電機所產生的磁極位置信號的及時準確捕捉，并將其傳輸到計數器通過計算來體現點擊的轉速。正交編碼器完成有電機相應的編碼器產生的相關正交編碼信號的統計，并依據該種統計數據來完成對電機位置、轉速及其轉動方向等的判斷，并以此來實現對電機的控制。它設有多個接口，保證其內部交流及其與外部控制的實現，同時保證電路系統內的開關控制的實現[5]。

3基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行

器中的具體應用

電動執行器是電機控制系統的的一種終端設備，實踐中，控制系統要通過他來完成對電機相應生產過程的調節和干預，以提高電機工作的自動化水平。隨著科技的進步及其自動化水平的提高，控制系統的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統對于執行器的可靠性、定位的精確度以及穩定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，很大程度上體現了自動化發展的水平，也在很大程度上提高了執行器運行的水平，從而保證電機作用的充分實現。

將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中時，最為重要的是構建一個完善的控制系統，該系統包括相應的驅動系統、傳遞系統等。就驅動系統而言由主電路、控制電路以及電機等來組成，在這一系統中不應包括機械裝置。DSP控制系統的構建以當前技術水平為基礎，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎來完善控制管理器。后者負責對一些編程死區的控制，并且完成一些非對稱PWM波形的輸出等，實現控制的及時性及其科學合理，保證控制效果的實現。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過與計算機終端的連接，并且利用發達的網絡，使其在完成功率開關器件與驅動電路的連接工作時，能夠高效的完成電機內相關電壓、電流等信號的捕捉和傳遞，并且能夠及時發現電流中存在的一些故障等，保證控制系統及電機工作的正常和安全。控制系統結構如圖2所示。

圖2 控制系統結構圖

對控制系統作用的實現由軟啟動、換相邏輯等模塊的協調運作來保證。所謂軟啟動是在系統啟動時以PWM的方式來實現對逆變器功率開關的控制，實現平均電壓的降低，保證啟動電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開，使電機實現正反轉，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號進行組合進行循環調整實現變相控制。PWM的控制則是在充分利用無刷直流電機自身特點的基礎上改變通過電機的電壓來實現控制。在每相導通的時間不變的前提下來改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來電機轉速的變化，從而實現對其速度的調整，該種方法在保證了調速線性度的同時也會帶來較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過供電方式的改變來實現電壓的調整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來的成本的增加。而較為經濟的方式則是在保證每相導通時電樞線圈電壓恒定的基礎上，通過改變相導通的時間來實現控制，其本質上是對線圈平均電壓的一種改變，也能夠實現調速的目的。而無刷直流電機中應用該種方式，也能夠有效的實現對于其脈寬等的調節和控制，保證控制的效果。轉矩脈動會因為電機的換相呈現出一定的變化，電壓的變化帶來電流的直接變化，直接作用于電機則會產生較大的換相轉矩脈動。該種轉矩脈動較大時，會造成電機的抖動，使其壽命降低，而系統的可靠性也隨之降低。為避免該種問題，我們采用換相補償，有效降低該種電機換相所產生的轉矩脈動[6]。在工作中，當偏差較大時，該種換相補償能夠進行快速的糾偏，使非線性控制來完成初步的定位，當該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉化為線性控制，以實現定位的精準度。

信息技術不斷發展及其自動化技術應用范圍不斷擴展的背景下，電機的網絡控制技術也不斷完善，基于DSP控制的無刷直流電機便可在很大程度上實現網絡控制。電動執行器中的無刷直流電機系統控制的設計時，便要以網絡控制為前提，對系統的接口等進行相對完善的設計。首先要進行各種端口的設計，通過微處理器各種內嵌端口來滿足其網絡接入及輸出的需求。這種網絡的設計，將對無刷直流電機的控制形成一個完整的系統，通過控制數據的傳輸和處理來實現其控制的目標。以模塊劃分的形式，每個模塊傳遞不同的信號和數據，從而使驅動信息能夠傳輸到控制的主機，實現對整個系統的控制。其次，構建完善的通訊系統，保證系統信號的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設計，以自身的使用及其中斷位結構特點和功能的發揮來實現其半雙工或者全雙工的工作。在網絡控制的通訊設計時，要考慮其在接收和發送的雙向特點，使端口、網絡等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過網絡直接傳送到無刷直流電機，從而使其控制能夠更好地實現。而該種通訊的實現，還需要主機與光纖的連接的保證。在該種網絡的設計時，應該使其最大限度的滿足主機信號的傳播，實現各種控制信息的光纖中的雙向移動，并且在這個過程中能夠對相關信號進行一定的區別，在信號傳輸的同時保證整個網絡系統的通暢。只有在信息傳遞上實現迅速和高效，并且信息的網絡傳播能夠使無刷直流電機的控制成為一個完整高效的控制系統，使其在電動執行器中的作用得到更好地發揮。

在控制系統中，以PWM方式來對轉速開環記性控制，能夠有效的提高調節控制的水平和線性度，并且能夠通過對轉速的調整來實現對系統的控制。將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，能夠充分發揮無刷直流電機的優勢，并且通過數字化控制能夠有效提高電動執行器的效率。

4結語

以DSP控制的無刷直流電機，能夠充分利用數字化技術所帶來的先進性來提高其自身的性能，并且在使用的過程中與完善的網絡控制系統相結合，使其控制信號能夠更好地傳輸，實現控制的目標。從其控制系統的構建來看，其控制方式及其控制水平都隨著相關技術和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動執行器的運行質量和水平，保證其正常運作。因其自身具有的穩定性及其數字化的特點，DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中有著廣闊的應用空間。

參考文獻

[1] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2003（5）：11?13.

[2] 彭琪琳，鄭自修.無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].湖北農機化，2013（1）：7?10.

[3] 呂金華.基于DSP控制的無刷直流電機網絡控制方法的研究[J].武漢船舶職業技術學院學報，2006（6）：95?97.

[4] 張壽春.基于無刷直流電機的執行器防堵轉系統的設計[J].電子設計工程，2012（8）：102?105.

[5] 孟紅強.基于無刷直流電機的刀閘控制系統設計[J].電工技術，2013（8）：56?58.

[6] 周通，黃建，馮志濤.基于DSP的無傳感器無刷直流電機啟動控制研究[J].微電機，2013（3）：60?62.

以DSP控制為基礎的無刷直流電機就硬件而言，主要是由定點DSP、外圍電路、功率驅動電路及其保護電路等構成。DSP的主控制電路由一個功能相對比較齊全的定點數字信號處理器作為其控制的核心，負責完成直流電機內各種信號的搜集和處理，并且負責整個系統的閉環控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來完成控制器和它的上位機的通訊工作。

圖1 系統硬件構成圖

該系統的具體工作原理為：無刷直流電機以某種方式啟動之后，會以PWM的形式來實現對電機的閉環控制，而在這個控制調節的過程中輸入的交流電在經過整流電路時經過轉換形成直流電，并且經過穩壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調試中將系統的電阻設定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時，若PWM的周期為1 ms，以調節PWM信號占空比的方式來實現對開環的調速時能夠得到如表1所示實驗數據。

表1 實驗數據

從上述數據可以看到兩者的線性關系及其對電機控制的效果。無刷直流電機的給定轉速通過DSP的一個口來輸入，輸入之后經過ADI將該種模擬的信號轉化成為數字信號，該種信號的轉化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機的換相的控制是由數字信號中的位置信號來完成的，由數字信號所包含的相關位置參數能夠計算出電機的轉速，我們將計算的結果與電機給定的轉速進行比較，并在此基礎來進行一定的偏差修正，并且將修正偏差過程中所產生的電流參考量和反饋量進行比較，以比較的結果進行相應的調整，并以對脈沖寬度的控制來實現對控制功率管開關時間的改變，從而實現了對于無刷直流電機的控制。

該數字控制器中，PWM驅動主電路以智能功率模塊的形式來完成驅動與電路保護的功能，在一定程度上優化DSP與驅動電路的工作模式及其接口方式的簡化。在DSP中，功率驅動電路實現其控制的電路輸出的相應脈沖信號功率的放大，從而實現對于電機中相應部件的驅動，在DSP控制構件的選擇時盡可能選擇一定電壓范圍內的，保證滿足電機工作需求的同時能夠實現欠壓保護及其過流保護的作用。

在電機工作的過程中，通過其的直流電壓的高低會對其工作產生直接的影響。當通過電機的直流電壓過高時會造成一些功率器件的損壞或者是電機本身的損壞，而電壓過低時則會造成電流的增加從而使得開關的損耗提升。從系統安全的角度出發，我們在設計控制系統時選擇欠壓及電壓保護電路的形式。過壓保護電路能夠將直流電源的電壓通過分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對固定的電壓閥值。在這過程中，我們可以通過電壓值和固定閥值的比較來進行電壓的調節和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當電壓比較高時輸出的則是高電平，當高電平出現時電機會停止運動，以保證系統的安全。

DSP功能的實現是由其不同的結構及其相互間的協作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執行速度，高端的結構、流水線式的作業模式以及高速的頻率使得其運動周期大為縮短并且能夠使多數指令能夠在一個周期內完成。DSP中的事件管理器主要是應用于電機的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號產生及計算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對空間矢量的控制，同時具備相應的逆變器功能，能夠實現對無刷直流電機的有效控制。而捕獲單元的設計及其元器件的選擇能夠保證其對無刷直流電機所產生的磁極位置信號的及時準確捕捉，并將其傳輸到計數器通過計算來體現點擊的轉速。正交編碼器完成有電機相應的編碼器產生的相關正交編碼信號的統計，并依據該種統計數據來完成對電機位置、轉速及其轉動方向等的判斷，并以此來實現對電機的控制。它設有多個接口，保證其內部交流及其與外部控制的實現，同時保證電路系統內的開關控制的實現[5]。

3基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行

器中的具體應用

電動執行器是電機控制系統的的一種終端設備，實踐中，控制系統要通過他來完成對電機相應生產過程的調節和干預，以提高電機工作的自動化水平。隨著科技的進步及其自動化水平的提高，控制系統的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統對于執行器的可靠性、定位的精確度以及穩定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，很大程度上體現了自動化發展的水平，也在很大程度上提高了執行器運行的水平，從而保證電機作用的充分實現。

將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中時，最為重要的是構建一個完善的控制系統，該系統包括相應的驅動系統、傳遞系統等。就驅動系統而言由主電路、控制電路以及電機等來組成，在這一系統中不應包括機械裝置。DSP控制系統的構建以當前技術水平為基礎，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎來完善控制管理器。后者負責對一些編程死區的控制，并且完成一些非對稱PWM波形的輸出等，實現控制的及時性及其科學合理，保證控制效果的實現。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過與計算機終端的連接，并且利用發達的網絡，使其在完成功率開關器件與驅動電路的連接工作時，能夠高效的完成電機內相關電壓、電流等信號的捕捉和傳遞，并且能夠及時發現電流中存在的一些故障等，保證控制系統及電機工作的正常和安全。控制系統結構如圖2所示。

圖2 控制系統結構圖

對控制系統作用的實現由軟啟動、換相邏輯等模塊的協調運作來保證。所謂軟啟動是在系統啟動時以PWM的方式來實現對逆變器功率開關的控制，實現平均電壓的降低，保證啟動電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開，使電機實現正反轉，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號進行組合進行循環調整實現變相控制。PWM的控制則是在充分利用無刷直流電機自身特點的基礎上改變通過電機的電壓來實現控制。在每相導通的時間不變的前提下來改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來電機轉速的變化，從而實現對其速度的調整，該種方法在保證了調速線性度的同時也會帶來較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過供電方式的改變來實現電壓的調整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來的成本的增加。而較為經濟的方式則是在保證每相導通時電樞線圈電壓恒定的基礎上，通過改變相導通的時間來實現控制，其本質上是對線圈平均電壓的一種改變，也能夠實現調速的目的。而無刷直流電機中應用該種方式，也能夠有效的實現對于其脈寬等的調節和控制，保證控制的效果。轉矩脈動會因為電機的換相呈現出一定的變化，電壓的變化帶來電流的直接變化，直接作用于電機則會產生較大的換相轉矩脈動。該種轉矩脈動較大時，會造成電機的抖動，使其壽命降低，而系統的可靠性也隨之降低。為避免該種問題，我們采用換相補償，有效降低該種電機換相所產生的轉矩脈動[6]。在工作中，當偏差較大時，該種換相補償能夠進行快速的糾偏，使非線性控制來完成初步的定位，當該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉化為線性控制，以實現定位的精準度。

信息技術不斷發展及其自動化技術應用范圍不斷擴展的背景下，電機的網絡控制技術也不斷完善，基于DSP控制的無刷直流電機便可在很大程度上實現網絡控制。電動執行器中的無刷直流電機系統控制的設計時，便要以網絡控制為前提，對系統的接口等進行相對完善的設計。首先要進行各種端口的設計，通過微處理器各種內嵌端口來滿足其網絡接入及輸出的需求。這種網絡的設計，將對無刷直流電機的控制形成一個完整的系統，通過控制數據的傳輸和處理來實現其控制的目標。以模塊劃分的形式，每個模塊傳遞不同的信號和數據，從而使驅動信息能夠傳輸到控制的主機，實現對整個系統的控制。其次，構建完善的通訊系統，保證系統信號的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設計，以自身的使用及其中斷位結構特點和功能的發揮來實現其半雙工或者全雙工的工作。在網絡控制的通訊設計時，要考慮其在接收和發送的雙向特點，使端口、網絡等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過網絡直接傳送到無刷直流電機，從而使其控制能夠更好地實現。而該種通訊的實現，還需要主機與光纖的連接的保證。在該種網絡的設計時，應該使其最大限度的滿足主機信號的傳播，實現各種控制信息的光纖中的雙向移動，并且在這個過程中能夠對相關信號進行一定的區別，在信號傳輸的同時保證整個網絡系統的通暢。只有在信息傳遞上實現迅速和高效，并且信息的網絡傳播能夠使無刷直流電機的控制成為一個完整高效的控制系統，使其在電動執行器中的作用得到更好地發揮。

在控制系統中，以PWM方式來對轉速開環記性控制，能夠有效的提高調節控制的水平和線性度，并且能夠通過對轉速的調整來實現對系統的控制。將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，能夠充分發揮無刷直流電機的優勢，并且通過數字化控制能夠有效提高電動執行器的效率。

4結語

以DSP控制的無刷直流電機，能夠充分利用數字化技術所帶來的先進性來提高其自身的性能，并且在使用的過程中與完善的網絡控制系統相結合，使其控制信號能夠更好地傳輸，實現控制的目標。從其控制系統的構建來看，其控制方式及其控制水平都隨著相關技術和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動執行器的運行質量和水平，保證其正常運作。因其自身具有的穩定性及其數字化的特點，DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中有著廣闊的應用空間。

參考文獻

[1] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2003（5）：11?13.

[2] 彭琪琳，鄭自修.無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].湖北農機化，2013（1）：7?10.

[3] 呂金華.基于DSP控制的無刷直流電機網絡控制方法的研究[J].武漢船舶職業技術學院學報，2006（6）：95?97.

[4] 張壽春.基于無刷直流電機的執行器防堵轉系統的設計[J].電子設計工程，2012（8）：102?105.

[5] 孟紅強.基于無刷直流電機的刀閘控制系統設計[J].電工技術，2013（8）：56?58.

[6] 周通，黃建，馮志濤.基于DSP的無傳感器無刷直流電機啟動控制研究[J].微電機，2013（3）：60?62.

以DSP控制為基礎的無刷直流電機就硬件而言，主要是由定點DSP、外圍電路、功率驅動電路及其保護電路等構成。DSP的主控制電路由一個功能相對比較齊全的定點數字信號處理器作為其控制的核心，負責完成直流電機內各種信號的搜集和處理，并且負責整個系統的閉環控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來完成控制器和它的上位機的通訊工作。

圖1 系統硬件構成圖

該系統的具體工作原理為：無刷直流電機以某種方式啟動之后，會以PWM的形式來實現對電機的閉環控制，而在這個控制調節的過程中輸入的交流電在經過整流電路時經過轉換形成直流電，并且經過穩壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調試中將系統的電阻設定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時，若PWM的周期為1 ms，以調節PWM信號占空比的方式來實現對開環的調速時能夠得到如表1所示實驗數據。

表1 實驗數據

從上述數據可以看到兩者的線性關系及其對電機控制的效果。無刷直流電機的給定轉速通過DSP的一個口來輸入，輸入之后經過ADI將該種模擬的信號轉化成為數字信號，該種信號的轉化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機的換相的控制是由數字信號中的位置信號來完成的，由數字信號所包含的相關位置參數能夠計算出電機的轉速，我們將計算的結果與電機給定的轉速進行比較，并在此基礎來進行一定的偏差修正，并且將修正偏差過程中所產生的電流參考量和反饋量進行比較，以比較的結果進行相應的調整，并以對脈沖寬度的控制來實現對控制功率管開關時間的改變，從而實現了對于無刷直流電機的控制。

該數字控制器中，PWM驅動主電路以智能功率模塊的形式來完成驅動與電路保護的功能，在一定程度上優化DSP與驅動電路的工作模式及其接口方式的簡化。在DSP中，功率驅動電路實現其控制的電路輸出的相應脈沖信號功率的放大，從而實現對于電機中相應部件的驅動，在DSP控制構件的選擇時盡可能選擇一定電壓范圍內的，保證滿足電機工作需求的同時能夠實現欠壓保護及其過流保護的作用。

在電機工作的過程中，通過其的直流電壓的高低會對其工作產生直接的影響。當通過電機的直流電壓過高時會造成一些功率器件的損壞或者是電機本身的損壞，而電壓過低時則會造成電流的增加從而使得開關的損耗提升。從系統安全的角度出發，我們在設計控制系統時選擇欠壓及電壓保護電路的形式。過壓保護電路能夠將直流電源的電壓通過分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對固定的電壓閥值。在這過程中，我們可以通過電壓值和固定閥值的比較來進行電壓的調節和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當電壓比較高時輸出的則是高電平，當高電平出現時電機會停止運動，以保證系統的安全。

DSP功能的實現是由其不同的結構及其相互間的協作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執行速度，高端的結構、流水線式的作業模式以及高速的頻率使得其運動周期大為縮短并且能夠使多數指令能夠在一個周期內完成。DSP中的事件管理器主要是應用于電機的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號產生及計算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對空間矢量的控制，同時具備相應的逆變器功能，能夠實現對無刷直流電機的有效控制。而捕獲單元的設計及其元器件的選擇能夠保證其對無刷直流電機所產生的磁極位置信號的及時準確捕捉，并將其傳輸到計數器通過計算來體現點擊的轉速。正交編碼器完成有電機相應的編碼器產生的相關正交編碼信號的統計，并依據該種統計數據來完成對電機位置、轉速及其轉動方向等的判斷，并以此來實現對電機的控制。它設有多個接口，保證其內部交流及其與外部控制的實現，同時保證電路系統內的開關控制的實現[5]。

3基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行

器中的具體應用

電動執行器是電機控制系統的的一種終端設備，實踐中，控制系統要通過他來完成對電機相應生產過程的調節和干預，以提高電機工作的自動化水平。隨著科技的進步及其自動化水平的提高，控制系統的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統對于執行器的可靠性、定位的精確度以及穩定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，很大程度上體現了自動化發展的水平，也在很大程度上提高了執行器運行的水平，從而保證電機作用的充分實現。

將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中時，最為重要的是構建一個完善的控制系統，該系統包括相應的驅動系統、傳遞系統等。就驅動系統而言由主電路、控制電路以及電機等來組成，在這一系統中不應包括機械裝置。DSP控制系統的構建以當前技術水平為基礎，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎來完善控制管理器。后者負責對一些編程死區的控制，并且完成一些非對稱PWM波形的輸出等，實現控制的及時性及其科學合理，保證控制效果的實現。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過與計算機終端的連接，并且利用發達的網絡，使其在完成功率開關器件與驅動電路的連接工作時，能夠高效的完成電機內相關電壓、電流等信號的捕捉和傳遞，并且能夠及時發現電流中存在的一些故障等，保證控制系統及電機工作的正常和安全。控制系統結構如圖2所示。

圖2 控制系統結構圖

對控制系統作用的實現由軟啟動、換相邏輯等模塊的協調運作來保證。所謂軟啟動是在系統啟動時以PWM的方式來實現對逆變器功率開關的控制，實現平均電壓的降低，保證啟動電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開，使電機實現正反轉，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號進行組合進行循環調整實現變相控制。PWM的控制則是在充分利用無刷直流電機自身特點的基礎上改變通過電機的電壓來實現控制。在每相導通的時間不變的前提下來改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來電機轉速的變化，從而實現對其速度的調整，該種方法在保證了調速線性度的同時也會帶來較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過供電方式的改變來實現電壓的調整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來的成本的增加。而較為經濟的方式則是在保證每相導通時電樞線圈電壓恒定的基礎上，通過改變相導通的時間來實現控制，其本質上是對線圈平均電壓的一種改變，也能夠實現調速的目的。而無刷直流電機中應用該種方式，也能夠有效的實現對于其脈寬等的調節和控制，保證控制的效果。轉矩脈動會因為電機的換相呈現出一定的變化，電壓的變化帶來電流的直接變化，直接作用于電機則會產生較大的換相轉矩脈動。該種轉矩脈動較大時，會造成電機的抖動，使其壽命降低，而系統的可靠性也隨之降低。為避免該種問題，我們采用換相補償，有效降低該種電機換相所產生的轉矩脈動[6]。在工作中，當偏差較大時，該種換相補償能夠進行快速的糾偏，使非線性控制來完成初步的定位，當該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉化為線性控制，以實現定位的精準度。

信息技術不斷發展及其自動化技術應用范圍不斷擴展的背景下，電機的網絡控制技術也不斷完善，基于DSP控制的無刷直流電機便可在很大程度上實現網絡控制。電動執行器中的無刷直流電機系統控制的設計時，便要以網絡控制為前提，對系統的接口等進行相對完善的設計。首先要進行各種端口的設計，通過微處理器各種內嵌端口來滿足其網絡接入及輸出的需求。這種網絡的設計，將對無刷直流電機的控制形成一個完整的系統，通過控制數據的傳輸和處理來實現其控制的目標。以模塊劃分的形式，每個模塊傳遞不同的信號和數據，從而使驅動信息能夠傳輸到控制的主機，實現對整個系統的控制。其次，構建完善的通訊系統，保證系統信號的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設計，以自身的使用及其中斷位結構特點和功能的發揮來實現其半雙工或者全雙工的工作。在網絡控制的通訊設計時，要考慮其在接收和發送的雙向特點，使端口、網絡等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過網絡直接傳送到無刷直流電機，從而使其控制能夠更好地實現。而該種通訊的實現，還需要主機與光纖的連接的保證。在該種網絡的設計時，應該使其最大限度的滿足主機信號的傳播，實現各種控制信息的光纖中的雙向移動，并且在這個過程中能夠對相關信號進行一定的區別，在信號傳輸的同時保證整個網絡系統的通暢。只有在信息傳遞上實現迅速和高效，并且信息的網絡傳播能夠使無刷直流電機的控制成為一個完整高效的控制系統，使其在電動執行器中的作用得到更好地發揮。

在控制系統中，以PWM方式來對轉速開環記性控制，能夠有效的提高調節控制的水平和線性度，并且能夠通過對轉速的調整來實現對系統的控制。將DSP控制的無刷直流電機應用到電動執行器中，能夠充分發揮無刷直流電機的優勢，并且通過數字化控制能夠有效提高電動執行器的效率。

4結語

以DSP控制的無刷直流電機，能夠充分利用數字化技術所帶來的先進性來提高其自身的性能，并且在使用的過程中與完善的網絡控制系統相結合，使其控制信號能夠更好地傳輸，實現控制的目標。從其控制系統的構建來看，其控制方式及其控制水平都隨著相關技術和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動執行器的運行質量和水平，保證其正常運作。因其自身具有的穩定性及其數字化的特點，DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中有著廣闊的應用空間。

參考文獻

[1] 晏昌猛，潘俊民.基于DSP控制的無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2003（5）：11?13.

[2] 彭琪琳，鄭自修.無刷直流電機在電動執行器中的應用[J].湖北農機化，2013（1）：7?10.

[3] 呂金華.基于DSP控制的無刷直流電機網絡控制方法的研究[J].武漢船舶職業技術學院學報，2006（6）：95?97.

[4] 張壽春.基于無刷直流電機的執行器防堵轉系統的設計[J].電子設計工程，2012（8）：102?105.

[5] 孟紅強.基于無刷直流電機的刀閘控制系統設計[J].電工技術，2013（8）：56?58.

[6] 周通，黃建，馮志濤.基于DSP的無傳感器無刷直流電機啟動控制研究[J].微電機，2013（3）：60?62.