基于DSP的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案解析

　0.引言
　　開關(guān)磁阻電機(jī)SRM（Switched Reluctance Motor）是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，效率高及成本低等突出優(yōu)點(diǎn)。 本文選用Motorola公司開發(fā)的專門用于電機(jī)控制的16 位定點(diǎn)DSP芯片DSP56F805設(shè)計(jì)了三相（6/4）SRM雙閉環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該芯片指令執(zhí)行速度快，資源豐富，為高性能的開關(guān)磁阻電機(jī)的控制提供了可靠的信息處理與控制。
　　1．SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的描述
　　SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由SRM、控制器、功率變換器、位置檢測裝置和電流檢測裝置等組成。本文設(shè)計(jì)的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用速度電流雙閉環(huán)的控制方式，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　位置檢測裝置對SRM的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，為任意時(shí)刻轉(zhuǎn)子的速度計(jì)算和換相邏輯控制提供依據(jù)。電流檢測裝置用于檢測電機(jī)的相電流，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)相電流的控制?？刂破饕獙?shí)現(xiàn)的功能有：根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信息完成轉(zhuǎn)子速度計(jì)算及確定導(dǎo)通相；根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差，利用速度調(diào)節(jié)器完成速度環(huán)的控制；根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的參考電流數(shù)值與反饋相電流數(shù)值的偏差，通過電流調(diào)節(jié)器完成電流環(huán)的控制；根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出的參考電流數(shù)值及實(shí)際轉(zhuǎn)速情況，通過角度控制確定相應(yīng)的開通角和關(guān)斷角；根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息完成換向邏輯控制；通過PWM發(fā)生器向功率變換器輸出邏輯電平型的脈寬調(diào)制信號PWM。通過功率變換器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　
　　圖1 SRM調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
　　2.控制電路硬件部分設(shè)計(jì)
　　控制電路根據(jù)外部輸入，綜合處理電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、電流、電壓和溫度等反饋信號，通過分析計(jì)算，按一定的控制策略向功率變換器發(fā)出PWM控制信號，以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，該電路還具有過壓和超溫等保護(hù)功能。以DSP56F805為核心的控制電路硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
　　
　　圖2 控制電路硬件結(jié)構(gòu)框圖
　　鍵盤信號從DSP56F805的GPIO口引入，通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、溫度和電壓等設(shè)定。數(shù)碼顯示通過SPI口來驅(qū)動(dòng)，用于顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。相電流、電壓和溫度信號輸入到ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以滿足控制的需要。正交解碼器的PHASEA0、PHASEA1和PHASEB0分別捕獲三路霍爾位置傳感器的跳變沿信號，用以計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速以及獲取轉(zhuǎn)子位置信息。同時(shí)，這些傳感器信號也被引入到3個(gè)GPIO口，控制芯片也可通過查詢這3個(gè)口的電平獲取轉(zhuǎn)子位置信息。DSP56F805芯片的脈寬調(diào)制模塊PWMA產(chǎn)生六路PWM方波信號。其中，PWMA0～PWMA2控制功率變換器高端3個(gè)IGBT，其輸出的PWM波形受電流調(diào)節(jié)器輸出信號的控制，通過改變PWM波形的占空比實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；PWMA3～PWMA5控制功率變換器低端的3個(gè)IGBT，其輸出PWM波形受開通關(guān)斷角及轉(zhuǎn)子位置信息控制，以實(shí)現(xiàn)邏輯換向控制。通過SCI口實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊。