基于dsPIC30F6010的直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

王學(xué)福++董玉林

摘 要：文章的目的是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于dsPIC30F6010微控制器雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，研究數(shù)字伺服控制性能及控制方法；找出一種以dsPIC微控制器為核心進(jìn)行直流調(diào)速的具體實(shí)現(xiàn)方法。在速度1200r/min進(jìn)行測(cè)試，速度穩(wěn)態(tài)誤差2%；輕載情況下，可實(shí)現(xiàn)從50 r/min加速到1560r/min無振動(dòng)調(diào)速。系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單可靠，對(duì)于大負(fù)載應(yīng)用可通過調(diào)整軟件PI參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：直流伺服控制；dsPIC30F6010；PWM技術(shù)；PI控制

中圖分類號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0054-02

1 概述

伺服系統(tǒng)隸屬于自動(dòng)控制的一個(gè)組成部分，最早是用經(jīng)典的頻率法來分析和設(shè)計(jì)的，50年代發(fā)展了根軌跡法。但這些方法對(duì)于多變量時(shí)變系統(tǒng)是無能為力的。60年代發(fā)展了現(xiàn)代控制理論，適用多變量時(shí)變系統(tǒng)，成為計(jì)算機(jī)在伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展趨向。本文找出一種利用dsPIC30F6010控制直流調(diào)速的具體實(shí)現(xiàn)方法。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來看，充分發(fā)揮dsPIC運(yùn)算速度快，控制能力強(qiáng)，精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于被控目標(biāo)要求較高的直流伺服系統(tǒng)，在電機(jī)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

圖1是采用dsPIC30F實(shí)現(xiàn)的直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖。在PC機(jī)上用MPLAB IDE編寫的雙閉環(huán)程序通過仿真器加載到dsPIC30F6010的芯片中，4路PWM信號(hào)經(jīng)保護(hù)電路給功率驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)功率全橋電路，并由功率全橋電路來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。

3 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。控制系統(tǒng)硬件主要由dsPIC30F6010 DSC硬件開發(fā)板、驅(qū)動(dòng)電路、直流電動(dòng)機(jī)、測(cè)速電動(dòng)機(jī)及信號(hào)調(diào)理電路四部分組成。

驅(qū)動(dòng)電路主要由光電耦合隔離電路、功率電路、保護(hù)電路組成。

3.1 速度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)

信號(hào)采集包括直流電機(jī)電流信號(hào)采集和測(cè)速電機(jī)電壓信號(hào)采集。信號(hào)采集電路采用TI（德州儀器）公司的高橋臂電流測(cè)量監(jiān)視器芯片INA168。信號(hào)采集電路如圖3所示，采樣電阻采用2.5m？贅，電機(jī)的最大電流為5A，控制器AD輸入電壓信號(hào)為0～5V。按照INA168數(shù)據(jù)手冊(cè)應(yīng)在信號(hào)輸出端接1M？贅的輸出阻抗。

3.2 過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

由三級(jí)管和MOSFET共同組成的“泄流”電路共同實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路和電動(dòng)機(jī)的過流保護(hù)。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)電流過大時(shí)，電流檢測(cè)監(jiān)視器INA168輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過有反向器組成的施密特觸發(fā)整形電路后將觸發(fā)電平信號(hào)使三級(jí)管和MOSFET導(dǎo)通，迫使直流母線電壓降低，以保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路和直流電動(dòng)機(jī)。電路如圖4所示。

3.3 電壓平移電路設(shè)計(jì)

MOSFET起動(dòng)時(shí)，需要給電壓平移電容充電。充電動(dòng)作如圖5所示，通過開通下橋臂（N側(cè)）的MOSFET，電壓平移電路電容被充電。控制信號(hào)應(yīng)提供足夠的脈沖數(shù)或脈寬使電壓平移電路電容能被完全充電。

4 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為開環(huán)和閉環(huán)兩部分。其中閉環(huán)主要包括轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)；速度、電流采樣；雙、單極性控制等的設(shè)計(jì)。圖6為電流PI調(diào)節(jié)子程序框圖，從框圖中可知防飽和積分PI調(diào)節(jié)。在實(shí)際當(dāng)中，控制器受到電源額定電壓、額定電流、占空比的影響，輸出電流不可能達(dá)到100%。在這時(shí)，要求輸出量在一定的范圍內(nèi)，這就要對(duì)輸出量進(jìn)行一定限制。

5 結(jié)束語

本論文設(shè)計(jì)是采用基于數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心的數(shù)字直流電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。本文選用H型PWM驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行控制，分別用單極性和雙極性兩種控制方法進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，為高精度直流電機(jī)數(shù)字控制提供可行性方案。

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