1TMS320LF240x芯片簡(jiǎn)介

TMS320LF240x系列DSP是X-TEAM為滿足大范圍的數(shù)字電動(dòng)機(jī)控制（DMC）應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。該芯片具有高性能的16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核，采用改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，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(nèi)即可執(zhí)行完成。TMS320LF240x可以實(shí)現(xiàn)用軟件取代模擬器件，完成復(fù)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(wú)傳感器直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)控制的要求。

2.2DSP控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

DSP系統(tǒng)由TMS320LF2407A與仿真口（JTAG）等外圍電路構(gòu)成。DSP內(nèi)部已有32K字的FlashROM，但為了調(diào)試的方便（FlashROM中的程序不能設(shè)置斷點(diǎn)，無(wú)刷電機(jī)，且需專門的下載程序），外加了程序RAM，在程序經(jīng)多次調(diào)試，成熟可靠時(shí)可寫人內(nèi)部的FlashROM，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的跳線，DSP復(fù)位時(shí)即可從內(nèi)部的FlashROM來(lái)執(zhí)行程序。DSP片上有544字的雙口RAM（DARAM），全部配置到數(shù)據(jù)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(jù)空間，也用來(lái)存放臨時(shí)變量。

圖3是根據(jù)前述控制原理設(shè)計(jì)的基于DSP的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由直流無(wú)刷電機(jī)、功率變換器電路、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、各種保護(hù)電路以及以TMS320LF240x為核心的數(shù)字控制器等構(gòu)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(yīng)的保護(hù)電路組成。

逆變器電路中的IPM模塊集成了多種保護(hù)功能，如過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)以及過(guò)流保護(hù)等，當(dāng)達(dá)到保護(hù)閾值時(shí)，IPM模塊通過(guò)FO引腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)，并將此低電平信號(hào)送入DSP的PDPINTx引腳，觸發(fā)功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷，將所有PWM輸出引腳設(shè)置為高阻態(tài)，以此來(lái)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到保護(hù)電路的作用。

轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路采用1/2電壓采樣法來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)電機(jī)的三相端電壓及直流母線電壓分別進(jìn)行采樣，并將采樣結(jié)果送入比較器進(jìn)行比較，從而得到過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，其結(jié)果送入DSP的捕捉端口中。

2.3DSP控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)采用速度、電流雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。由于采用了面向電機(jī)控制的高速DSP，無(wú)論是速度環(huán)的設(shè)計(jì)，還是電流環(huán)的實(shí)現(xiàn)，以及各種反饋信號(hào)的處理和PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生，均采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件電路的功能，完成直流無(wú)刷電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括DSP初始化程序和電機(jī)控制程序兩部分。DSP初始化程序主要完成系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)定，中斷向量的定義，I/O端口的初始化，控制寄存器的設(shè)置以及各功能模塊的初始化等；電機(jī)控制程序主要負(fù)責(zé)電機(jī)的啟動(dòng)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(jī)控制程序包括啟動(dòng)子程序、電流和位置檢測(cè)中斷服務(wù)子程序、速度控制子程序、電流控制子程序、PWM調(diào)制子程序以及系統(tǒng)監(jiān)控和故障處理子程序等。

進(jìn)行各種反饋信號(hào)的檢測(cè)是構(gòu)成雙閉環(huán)控制的前提。位置信號(hào)、電流信號(hào)的檢測(cè)分別由位置檢測(cè)中斷服務(wù)程序和電流檢測(cè)中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，，轉(zhuǎn)速的檢測(cè)通過(guò)軟件計(jì)算間接獲得。為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。其控制環(huán)路簡(jiǎn)圖如圖4所示。

PWM調(diào)制子程序根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和電流信號(hào)通過(guò)事件管理器（EV）產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)。通過(guò)定時(shí)器控制寄存器TxCON中的位模式將通用定時(shí)器的計(jì)數(shù)模式設(shè)置為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式以產(chǎn)生對(duì)稱的PWM波形。

2.4電機(jī)的啟動(dòng)方案

由于直流無(wú)刷電機(jī)在靜止及低速運(yùn)行時(shí)難以正確檢測(cè)反電勢(shì)信號(hào)，因此必須解決電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下啟動(dòng)的問(wèn)題。以往曾有多種啟動(dòng)方法，但有的要增加復(fù)雜的啟動(dòng)電路，有的則要與電機(jī)特性聯(lián)系密切，云臺(tái)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)，將電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程分為預(yù)定位、強(qiáng)制運(yùn)行與同步切換三個(gè)階段。在電機(jī)靜止時(shí)，轉(zhuǎn)子的初始位置未知，需要給設(shè)定的兩相電樞繞組通以短暫的電流，使轉(zhuǎn)子磁極穩(wěn)定在這兩相繞組合成磁場(chǎng)的軸線上，以此作為轉(zhuǎn)子磁極初始位置（即預(yù)定位）。然后按定、轉(zhuǎn)子磁極間正確的空間相位關(guān)系使相應(yīng)的功率器件導(dǎo)通，并以固定的時(shí)間進(jìn)行模式切換，在這段時(shí)間內(nèi)反電勢(shì)幅值較小，不宜進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)。