基于DSP的BLDCM控制系統設計

【摘要】伴隨科技的不斷發展，直流無刷電機（BLDCM）的應用越來越廣泛。針對BLDCM電流換向引起的轉矩脈動特點本文研究了一種采用模糊控制的電流控制器來控制非換向電流，從而達到減少換向時引起的轉矩脈動。通過實驗仿真顯示本文所設計的基于TMS320LF2407A DSP芯片的數字控制系統能夠控制電機起動、調速且起動時間不超過3秒，而且很好地實現了實驗電機的正確換相和穩定運行，本文設計的系統所對應的端電壓波形平穩，其控制效果好。

【關鍵詞】DSP;BLDCM;轉矩脈動;調速

1.控制系統硬件設計

TMS320LF2407A控制器具有強大的運算處理功能，運算速度快，而且在內部集成了豐富的電機控制外圍部件。針對這一特點，本文采用這款DSP控制器作為電機控制系統的核心。這樣一來，整個數字控制系統的硬件設計電路簡潔明了。控制系統原理框圖如圖1所示。

圖1 控制系統原理圖

圖2 系統控制框圖

圖3 仿真系統

2.控制系統的整體控制策略

系統通過軟、硬件的協調配合采用全數字閉環控制，電流環和速度環。電流環周期為50，速度環通過反電動勢過零檢測算法實現閉環控制，保證電機的正確換相; 電流環研究一種模糊控制的電流控制器來控制非換相相電流，使其在不同速度段平滑，減少換相引起的轉矩脈動，當運行條件變化，溫度變化時控制效果不會變差，速度環周期為50ms，采用模糊分段調節算法對電機轉速進行閉環控制。系統控制框圖如圖2所示。

3.系統仿真設計

控制系統仿真利用matlab中simulink進行模型搭建，如圖3所示。仿真模型主要包括電動機本體模塊BLDCM、逆變器模塊Inverter、電流控制模塊Current和轉速PI控制器模塊。

仿真實驗參數：額定電壓Vd=36V，額定電流Id=1.55A，額定轉速ne=3000r/min，繞組電阻R=0.438Ω，繞組自感L=0.000632H，轉動慣量J=0.005Kg.m2，感應電動勢系數Ke=0.065V/（r/min），最大負載轉矩TL=0.955Nm。仿真設置：變步長，ode45算法，仿真時間0.04s。通過模糊控制和普通控制兩種方法對比來進行BLDCM調速系統性能的仿真試驗。波形如圖4所示。

從曲線可見，在模糊電流控制器的控制下的相電流比較平滑，相應產生的電磁轉矩也平滑，故減少了轉矩的脈動。仿真結果表明：BLDCM的模糊控制的PI調速系統魯棒性強，很好的抑制了轉矩的脈動，調速性能良好。

4.總結

本文選取TMS320FL2407A DSP芯片作為直流無刷電機數字控制系統的控制核心，通過硬、軟件較好的協同設計，實現了無位置傳感器直流無刷電機的良好換相。系統盡量用軟件實現的方法實現一部分需要硬件電路去實現的功能，這樣不但簡化了控制系統硬件結構，降低了系統成本，而且由于硬件電路的簡化，使得由硬件電路引入的干擾也得到減少，從而提高了整個控制系統的可靠性。

參考文獻

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