基于DSP的直流無刷電機控制

黃鎮坤

摘 要：直流無刷電機可以具有更快的轉速，能夠實現很多機械高速運轉的需求，并且利用DSP進行直流無刷電機的控制是非常具有市場意義的。軟件可以更快捷的進行系統的優化和更新，開啟更多的研發功能，運用Nios內核進行數據的處理，并且自主的設計霍爾元件驅動直流無刷電機轉子內核，得出直流無刷電機轉子的電流角度。運用DSP可以同時對多路數據進行記錄和分析，具有更高的處理效率，而且方便控制系統能夠實現模塊化，方便后期設備的維修和調整，可以很好的實現直流無刷電機的調節和控制。

關鍵詞：DSP;直流：無刷直流無刷電機;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.106

1 引言

直流無刷電機的優點非常多，與傳統的交流直流無刷電機相比，直流無刷電機的速度更高，并且擁有很高的電能轉化效率，并且有著更高的熱容量，可以承受更高的溫度。除此之外，直流無刷電機的工作噪音比較小，而且在體積上進行了縮小，重量更低，非常便于攜帶，相關的技術人員也方便進行維修工作。目前直流無刷電機普遍采用的是單片機進行控制，但是這種控制方式已經逐漸的落伍，隨著科學技術的發展，DSP也逐步在直流無刷電機中開始使用，可以根據相關技術人員編寫的算法來合理的進行功能的更改，靈活的調配電路資源，處理和響應的速度都非常高。

2 直流無刷電機控制系統硬件構造和發展問題

直流無刷電機控制系統主要是由DSP芯片、直流無刷電機驅動芯片、以及直流交流轉化芯片和霍爾傳感器組成，驅動芯片要根據實際的需要選擇不同的廠商生產的芯片，在直流無刷電機工作的過程中，可以采用DSP的輸出將PWM信號進行放大，從而通過驅動直流無刷電機對相關的直流無刷電機設備進行調動。直流無刷電機的內部實現了各種控制原件的集成，在直流無刷電機的轉子開始轉動時，霍爾元件會產生不同頻率的脈沖，DSP芯片對這些脈沖進行采集，輸入到控制端中來進行電路轉速的調節和控制。DSP可以通過相關的脈沖數據對直流無刷電機轉子的位置進行判定，對其實現設備轉速的控制。

2.1 Nios內核程序設計

Nios內核具有很多的處理功能，主要包括直流交流采樣處理、直流無刷電機的自身保護功能以及直流無刷電機位置轉動的控制功能。位于雙閉環控制電路中，直流無刷電機轉子的位置通過直流與交流采樣來確定，通過霍爾元件對電流數據進行解碼可以得出直流無刷電機的轉動電位角度，并且通過角度值來確定直流無刷電機的位置反饋，從而實現直流無刷電機轉子的電流給定。

2.2 霍爾解碼器的設計

霍爾傳感器具有5路信號，通過這5路信號來對直流無刷電機轉子的位置進行判斷和控制。當直流無刷電機在正常轉動時，1路信號比2路信號會提前一個頻段，在直流無刷電機進行反轉的過程中，1路信號會相較于2路信號落后一個頻段，這樣就可以根據電信號的頻段來確定直流無刷電機轉子的轉動方向。為了得出直流無刷電機轉子的電角度，還需要增設一個計數器，通過計數器來記錄頻段的超越或者落后次數，這樣可以根據計數器的數據來判斷直流無刷電機轉子的轉向次數，進而求出直流無刷電機轉子的轉動角度。

2.3 直流無刷電機驅動核心設計

直流無刷電機控制系統是根據磁場的相關知識來實現直流無刷電機轉子的定位功能，這種控制系統已經得到了工業行業的普遍運用，并且效果良好。通過直流無刷電機轉子的不同位置來確定直角坐標系，并且運用三相電路交換機來實現不同電路的電流轉化功能，并且對不同路的電流進行矢量的控制，并且利用相關的算法將旋轉坐標變化到三相電路中，這樣可以實現對直流無刷電機的矢量控制功能。直流無刷電機的驅動核心配置了5個寄存器，分別根據電路的電流來進行直流無刷電機的控制，直流無刷電機的轉子角度根據霍爾元件的相關參數來獲取，其中用到了很多的控制模塊，并且要根據每個模塊的算法來計算相應的數據參數，從而完成數據建模，接著利用HDL語言來編寫生成HDL代碼，從而可以成功的對直流無刷電機進行驅動和控制。

2.4 直流無刷電機發展面臨的問題

在當前的直流無刷電機市場中，由于直流無刷電機是一個新型的發展方向，所以針對這一項技術的專業人才不能夠滿足該行業的需求。相關的機械專業院校應當培養直流無刷電機方向的人才，但是由于該行業和機械專業院校之間的交流和溝通不足，院校對于該行業的需求并不清楚，該行業對于機械專業院校培養的學生需要再次培訓。為了解決這個問題，該行業應當和學校建立良好的互動和溝通，以便學校可以在培養學生的過程中做到相應的引導，從而逐步滿足市場的需求，彌補直流無刷電機領域專業人才的不足。

為了適應該行業的迅速發展，該行業需要大量的相關專業技術人才，機械專業院校應當適當調整現在的培養模式，將教學內容與實際應用相結合，與該行業的實踐相結合，培養一批實用性的人才，可以直接滿足該行業對于直流無刷電機發展的需求。

3 結束語

本文針對直流無刷電機的主要結構進行了介紹，并且針對DSP在直流無刷電機中的運用進行了分析，運用Quartus開發軟件進行硬軟件統一開始設計。DSP運用Nios內核進行系統的可控制運行，在Nios內核中進行數據的采集與核對工作，并且利用上位機進行數據之間的互聯通信，從而可以做到直流無刷電機的控制。利用DSP的優點有很多，與傳統的交流直流無刷電機相比，直流無刷電機的速度更高，并且擁有很高的電能轉化效率，并且有著更高的熱容量，可以承受更高的溫度，直流無刷電機運用DSP進行控制在未來會得到更廣泛的應用。

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