基于TMS320F240的高压无刷电机驱动器设计

摘要

随着大功率电力电子器件、数字电路及高性能的永磁材料的发展,采用电子控制的无刷直流电机驱动系统不断朝着高压大功率方向发展,越来越得到用户的青睐.无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又兼有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗及调速性能好的特点,由于采用高性能永磁材料,因此电机本体设计可做到功率密度高,效率高,出力大.同时,随着数字信号处理技术及其硬件芯片包括微处理器技术的迅猛发展,并且越来越多地用于电动车辆和工业控制系统中.许多复杂而有效的控制策略和算法在各种电机控制中得到实现.但是,近代许多无刷直流电机在应用时往往需要精确的速度控制,尤其在高速运行场合,对信号反馈控制灵敏度的要求更为严格.传统的微处理器如51、96系列在实现对电动机的控制时,由于本身指令功能不强,乘除法所用周期过多,外围电路数据转换速度慢,另一方面,无刷直流电机存在齿槽效应,电磁转矩脉动大,无法在规定时间内完成复杂的控制算法;无刷电机的性能要得到充分发挥,还必须要在硬件上采取措施.美国德州仪器TI公司专门为电机的数字化控制设计了16位定点DSP控制器TMS320F24xx DSP.其信号具有高速处理能力,且集适用于电机控制的优化的外围电路于一体,可以为高性能传动控制提供可靠而高效的信号处理与控制硬件.该论文研究的无刷直流电机控制系统即为满足这一需要而设计的.该论文根据实际控制系统的要求首先对无刷直流电动机控制的基本原理以及DSP芯片TMS320F240作了简单的介绍,其次分析软件设计方案,然后着重阐述了基于DSP的无刷直流电动机控制系统硬件设计的基本方法,主要包括高压无刷直流电动机的大功率驱动器设计,主辅电源设计,DSP控制电路设计等.该论文还对其它各种硬件功能和电路设计,包括转速给定电路,过流、过压、过热保护电路,驱动电路,位置和电流检测电路等,进行了详细的分析.最后给出了整个控制系统的实验结果验证.根据该论文所述的硬件设计方案设计的无刷直流电机控制系统,可以获得良好的速度控制性能.而且,DSP技术不仅使系统获得了高精度,高可靠性,还简化了系统结构,增加了系统的功能.具有控制灵活,智能水平高,参数易改等特点.该硬件系统也适用于其它无位置传感器无刷电机驱动,三相电机如感应电机,同步电机等的驱动控制.