雙余度無刷直流電機控制系統(tǒng)探究

1、雙余度無刷直流電機控制系統(tǒng)探究摘要：在復(fù)雜工況條件下，由于維修不便，對無刷直流電 機的可靠性要求較高。雙余度無刷直流電機則能較好的解決 此問題。本文設(shè)計了基于dsp的雙余度無刷直流電動機驅(qū)動 控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)dsp控制器的硬件電路設(shè)計，實 現(xiàn)對電動機的位置、速度和電流的檢測，給出了系統(tǒng)軟件設(shè) 計方案及控制策略，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。結(jié)果表明,該控制系統(tǒng)，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)實時性好，響應(yīng)快， 具有良好的控制性能及動態(tài)特性。關(guān)鍵詞：雙余度無刷直流電機 控制系統(tǒng)dsp中圖分類號:tm33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號:1007-9416(2012) 11-0029-031、引言無刷直流電機是

2、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和永磁材料 技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，高性能永磁體的采用簡化了電機結(jié)構(gòu)，提 高了電機的功率密度，電子換向線路取代機械換向線路提高 了電機的可靠性和易維護(hù)程度，同時電機的轉(zhuǎn)速升高不再受 機械換向的影響1。是國內(nèi)外公認(rèn)的新一代航空、航天電 機的重要發(fā)展方向，其驅(qū)動和控制技術(shù)的研究被廣泛研究 。余度技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性和安全性的一種手段，在故 障出現(xiàn)時仍能完成系統(tǒng)任務(wù)3。這在航空航天、井下礦用 等工作環(huán)境中，不能或者很難維修的情況下，雙余度無刷直 流電機對于提高工作的可靠性就起到很大的作用4。本文依據(jù)雙余度無刷直流電機的特點，設(shè)計了一種雙余 度無刷直流電機的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效的解決了

3、兩套余度 同時工作的問題，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的控制性 能和動態(tài)性能。2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制器的核心為dsp芯片，它完成霍爾信號邊沿跳變的 捕獲，換向邏輯的計算，功率管脈寬調(diào)制信號的輸出，電壓 電流傳感器輸出模擬信號的ad轉(zhuǎn)換。上位機與主控芯片dsp 之間通過rs232總線進(jìn)行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測和控制指令 的傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計3. 1 主控芯片本控制系統(tǒng)的核心部件是dsp tms320f28335,具有高 性能外設(shè)的32位浮點型微處理器。它集成了浮點單元簡化 了開發(fā)過程并將控制應(yīng)用的速度平均提高50%o 28335是目 前廣泛使用的2812的換代產(chǎn)品5。3.

4、2系統(tǒng)電源設(shè)計系統(tǒng)要求一路270v直流供電，需要對控制系統(tǒng)各部分 進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。除3.3v轉(zhuǎn)1.9v的電源芯片外，其它芯片都 為dc/dc模塊。270v轉(zhuǎn)24v電路原理圖如圖2所示。3.3 dsp電源和時鐘圖3為dsp電源電路原理圖。電源包括內(nèi)核電源、10引腳電源和flash電源。采用 tps76801q將3. 3v轉(zhuǎn)換成1. 9v。外部晶振產(chǎn)生30m的時鐘, 接入外部時鐘輸入引腳xclkino引腳xi接地。3. 4 i/o電路輸入信號包括按鈕開關(guān)、霍爾信號，輸出信號為pwm和 故障指示信號。10電路如圖4所示。si、s2、s3為開關(guān)信號，分別控制a余度啟停、b余度 啟停和正反轉(zhuǎn)信號。為復(fù)位信

5、號。輸出pwm1pwm6控制電 機a余度，pwm7pwm12控制電機b余度。ecap1ecap3為 a余度霍爾位置信號,ecap4ecap6為b余度霍爾位置信號。 d1d7為系統(tǒng)指示燈，可用于指示系統(tǒng)的運行情況。3. 5驅(qū)動電路驅(qū)動電路采用三相橋?qū)Ｓ玫募沈?qū)動芯片ir2130。門極 驅(qū)動供電壓為1020v。a余度的驅(qū)動電路的原理圖如圖5 所示。3.6電流檢測電路為了能夠使用電流分析法進(jìn)行電機故障識別，需要設(shè)計 高精度的電流檢測電路電流檢測電路如圖6所示，分別為相 電流檢測和線電流檢測電路。3、7a/d轉(zhuǎn)換電路dsp的ad模塊為12位，可以對模擬信號快速進(jìn)行多路 ad轉(zhuǎn)換。進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換的信號有模

6、擬的轉(zhuǎn)速給定信號，母線 電壓信號和線電流、相電流信號。ad轉(zhuǎn)換的原理圖如圖7所 不o4、系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序聲明和初始化系統(tǒng)變量，聲明中斷服務(wù)程序和需 要調(diào)用的子函數(shù)。主程序程序流程圖如圖8所示。聲明變量和函數(shù)，并將中斷服務(wù)程序與中斷向量表聯(lián) 系，使能中斷，初始化外設(shè)模塊。系統(tǒng)初始化完成后，主程 序查詢標(biāo)志位的改變，執(zhí)行相應(yīng)的操作。標(biāo)志位的改變通過 按鍵輸入、sci接收數(shù)據(jù)以及程序自身的運行實現(xiàn)。5、實驗結(jié)果對由tms320f28335 dsp芯片構(gòu)成的雙余度無刷直流電 動機控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗，試驗對象為一臺雙余度無刷直流 電動機，額定轉(zhuǎn)速2000 r/min,額定電壓270v, 4對極。其空載

7、雙余度開環(huán)電流如圖9所示。在帶0. 4n/m的負(fù)載時，其電流波形如圖10所示。兩個余度的空載和負(fù)載電流波形顯示，兩余度的電流形 狀和幅值一致性好。6、結(jié)論采用tms320f28335 dsp芯片設(shè)計了雙余度永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制電路結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試和 工程實現(xiàn)。實驗證明該系統(tǒng)實時性好，響應(yīng)快，具有良好的 控制性能及動態(tài)特性。同時該系統(tǒng)還具有體積小、重量輕， 可靠性高等優(yōu)點，非常適合于防爆、防腐、航空、航天等可 靠性要求高的特殊場合。參考文獻(xiàn)1 lawler j s, bailey j m, mckeever j w, et al. extending the constant

8、 power speed range of the brushless dc motor through dual-modeinvertercontrolj.powerelectronics, ieee transactions on, 2004, 19(3)： 783-793.2 夏長亮無刷直流電機控制系統(tǒng)m北京市：科學(xué) 出版社，2009.3 董慧芬，周元鈞，沈頌華.雙通道無刷直流電動機 容錯動態(tài)性能分析j.中國電機工程學(xué)報，2007(21)： 89-94.4 byoung-gun p, kui-jun l, rae-young k,et al.simple fault diagnosisbased onoperatingcharacteristicofbrushlessdirect-curren