1TMS320LF240x芯片簡介

TMS320LF240x系列DSP是X-TEAM為滿足大范圍的數(shù)字電動機控制（DMC）應用而設計的。該芯片具有高性能的16位定點DSP內核，采用改進的哈佛總線結構，具有專門的硬件乘法器，采用流水線操作，具有30MIPS的處理能力，大多數(shù)指令在單周期內即可執(zhí)行完成。TMS320LF240x可以實現(xiàn)用軟件取代模擬器件，完成復雜的控制算法，方便地修改控制策略，修正控制參數(shù)，能滿足無傳感器直流無刷電機控制系統(tǒng)對實時控制的要求。

2.2DSP控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

DSP系統(tǒng)由TMS320LF2407A與仿真口（JTAG）等外圍電路構成。DSP內部已有32K字的FlashROM，但為了調試的方便（FlashROM中的程序不能設置斷點，無刷電機，且需專門的下載程序），外加了程序RAM，在程序經多次調試，成熟可靠時可寫人內部的FlashROM，通過設置相應的跳線，DSP復位時即可從內部的FlashROM來執(zhí)行程序。DSP片上有544字的雙口RAM（DARAM），全部配置到數(shù)據空間，將程序中頻繁存取的變量分配到這部分雙口RAM中，以提高處理的速度。DSP片上還有2K字的單口RAM（SARAM）配置到數(shù)據空間，也用來存放臨時變量。

圖3是根據前述控制原理設計的基于DSP的直流無刷電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由直流無刷電機、功率變換器電路、電機轉子位置檢測電路、各種保護電路以及以TMS320LF240x為核心的數(shù)字控制器等構成，其中功率變換器電路由整流濾波電路、逆變器電路（IPM功率模塊）和相應的保護電路組成。

逆變器電路中的IPM模塊集成了多種保護功能，如過電壓保護、欠電壓保護以及過流保護等，當達到保護閾值時，IPM模塊通過FO引腳輸出一個低電平信號，并將此低電平信號送入DSP的PDPINTx引腳，觸發(fā)功率驅動保護中斷，將所有PWM輸出引腳設置為高阻態(tài)，以此來關斷驅動信號，起到保護電路的作用。

轉子位置檢測電路采用1/2電壓采樣法來實現(xiàn)，對電機的三相端電壓及直流母線電壓分別進行采樣，并將采樣結果送入比較器進行比較，從而得到過零點的時刻，其結果送入DSP的捕捉端口中。

2.3DSP控制系統(tǒng)的軟件設計

本控制系統(tǒng)采用速度、電流雙閉環(huán)的控制結構。由于采用了面向電機控制的高速DSP，無論是速度環(huán)的設計，還是電流環(huán)的實現(xiàn)，以及各種反饋信號的處理和PWM控制信號的產生，均采用了數(shù)字信號處理技術，用軟件實現(xiàn)硬件電路的功能，完成直流無刷電機的實時控制。

控制系統(tǒng)的軟件設計主要包括DSP初始化程序和電機控制程序兩部分。DSP初始化程序主要完成系統(tǒng)時鐘的設定，中斷向量的定義，I/O端口的初始化，控制寄存器的設置以及各功能模塊的初始化等；電機控制程序主要負責電機的啟動控制、速度電流雙閉環(huán)控制、系統(tǒng)監(jiān)控和故障處理等，因此電機控制程序包括啟動子程序、電流和位置檢測中斷服務子程序、速度控制子程序、電流控制子程序、PWM調制子程序以及系統(tǒng)監(jiān)控和故障處理子程序等。

進行各種反饋信號的檢測是構成雙閉環(huán)控制的前提。位置信號、電流信號的檢測分別由位置檢測中斷服務程序和電流檢測中斷服務程序來實現(xiàn)，，轉速的檢測通過軟件計算間接獲得。為了提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。其控制環(huán)路簡圖如圖4所示。

PWM調制子程序根據檢測到的轉子位置信號和電流信號通過事件管理器（EV）產生PWM調制信號。通過定時器控制寄存器TxCON中的位模式將通用定時器的計數(shù)模式設置為連續(xù)增/減計數(shù)模式以產生對稱的PWM波形。

2.4電機的啟動方案

由于直流無刷電機在靜止及低速運行時難以正確檢測反電勢信號，因此必須解決電機在靜止狀態(tài)下啟動的問題。以往曾有多種啟動方法，但有的要增加復雜的啟動電路，有的則要與電機特性聯(lián)系密切，云臺電機，實現(xiàn)起來難度較大、且可靠性較低。

本系統(tǒng)采用三段式的方法單純利用軟件來實現(xiàn)電機啟動，將電機的啟動過程分為預定位、強制運行與同步切換三個階段。在電機靜止時，轉子的初始位置未知，需要給設定的兩相電樞繞組通以短暫的電流，使轉子磁極穩(wěn)定在這兩相繞組合成磁場的軸線上，以此作為轉子磁極初始位置（即預定位）。然后按定、轉子磁極間正確的空間相位關系使相應的功率器件導通，并以固定的時間進行模式切換，在這段時間內反電勢幅值較小，不宜進行過零檢測。