直流電機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以ti公司的tms320lf2407dsp芯片的評(píng)估開發(fā)板（evm）為控制核心，并輔以相應(yīng)外圍接口電路，包括電流檢測(cè)模塊、故障保護(hù)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等部分。整個(gè)系統(tǒng)的基本思想就是利用dsp內(nèi)部資源產(chǎn)生可控制的脈沖控制整流電壓，改變串入主回路中的直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。dsp是通用的信號(hào)處理器，用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，算法靈活，功能強(qiáng)大，能夠滿足大計(jì)算量、運(yùn)算速度高的要求，dsp2000系列的這些優(yōu)點(diǎn)使其成為電機(jī)控制系統(tǒng)最好的芯片。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 　　 為了滿足加工時(shí)電極快速前進(jìn)與快速回退的雙向運(yùn)動(dòng)的需要，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力必須能改變方向，這就要求在磁場(chǎng)方向恒定的條件下，線圈內(nèi)能流過(guò)兩個(gè)方向的電流，功率驅(qū)動(dòng)電路必須是h型橋式斬波驅(qū)動(dòng)電路。因此本設(shè)計(jì)方案采用圖1所示的h型雙極可逆pwm驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 　　 h橋的前置驅(qū)動(dòng)采用ir公司的ir2110。ir2110是一種雙通道高壓高速功率mosfet驅(qū)動(dòng)器。由lf2407提供的pwm脈沖信號(hào)通過(guò)隔離變換后作用于控制輸入端hin和lin，兩路輸出ho和lo與輸入hin和lin相對(duì)應(yīng)，當(dāng)關(guān)閉功能端sd為低電平時(shí)，在對(duì)應(yīng)輸入端的上升沿時(shí)刻，對(duì)應(yīng)輸出端有輸出信號(hào);當(dāng)sd端為高電平時(shí)，將同時(shí)關(guān)斷高端和低端的輸出信號(hào)，這為保護(hù)功率管和電機(jī)提供了很好的可控性。其中功率開關(guān)器件采用ir公司的irf640功率mosfet管。 [align=center] 圖1　h型功率驅(qū)動(dòng)電路[/align] 電流檢測(cè)回路設(shè)計(jì) 　　 電流環(huán)構(gòu)成電樞電流負(fù)反饋，主要目的是在允許的范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娏鲄⒖贾?，以減小電源電壓波動(dòng)、負(fù)載作用和慣量變化帶來(lái)的影響，使系統(tǒng)恒流起、制動(dòng)。同時(shí)，如果電流檢測(cè)值超過(guò)了所允許的最大值，則會(huì)產(chǎn)生中斷，調(diào)用過(guò)流保護(hù)程序，關(guān)斷pwm輸出。但電流的采集必須考慮頻率問(wèn)題，本系統(tǒng)電流環(huán)的控制頻率等于pwm信號(hào)的載波頻率，也即每個(gè)pwm周期控制一次電流環(huán)。 　　 電流檢測(cè)接口電路如圖2所示。 [align=center] 圖2　電流檢測(cè)電路[/align] 電流檢測(cè)接口電路由電壓采樣電路、濾波電路、放大電路、電壓偏移電路和保護(hù)環(huán)節(jié)組成?；魻栯娏鱾鞲衅鬏敵龅男‰娏餍盘?hào)經(jīng)過(guò)電壓采樣電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)濾波電路和放大電路進(jìn)行放大。同時(shí)，由于電樞繞組中電流可正可負(fù)，于是傳感器輸出的電流也有正負(fù)之分，則轉(zhuǎn)換為電壓也有正負(fù)兩種數(shù)值，為了滿足lf2407a的a/d采樣端口單極性輸入電壓的要求，必須對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行電壓偏移變換，如本系統(tǒng)直流電機(jī)的最大起動(dòng)電流為14a，當(dāng)i＝4a時(shí)，對(duì)應(yīng)a/d輸入為3.3v;當(dāng)i=-4a時(shí)，對(duì)應(yīng)a/d輸入為0v;當(dāng)i=0a時(shí)，對(duì)應(yīng)a/d輸入為1.65v，以便將具有正負(fù)極性的電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號(hào)輸入到lf2407的adc單元。而兩個(gè)二極管d8和d9則具有限制輸入電壓的保護(hù)功能。 與上位機(jī)通信電路設(shè)計(jì) 　　 為了實(shí)時(shí)地監(jiān)控下位機(jī)的工作狀態(tài)，本設(shè)計(jì)還建立了上位機(jī)與下位機(jī)通信的電路模塊。利用tms320lf2407的串行通信接口與rs-232串行口進(jìn)行dsp與pc機(jī)之間的異步通信。可以利用上位機(jī)（pc）的串行口與下位機(jī)（dsp）進(jìn)行通信，進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，有效的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。由于上位機(jī)的rs-232c電平與下位機(jī)的ttl電平不一致，在本文中利用電平轉(zhuǎn)換芯片max232進(jìn)行串行通信，另外，由于本文中的tms320lf2407是屬于低功耗的，它采用+3.3v供電所以在max232與tms320lf2407之間需加電平匹配電路。接口電路如圖3所示。 [align=center] 圖3 tms320lf2407串行通信接口電路[/align] 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　 整個(gè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包括主程序模塊，初始化子程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。主程序模塊主要包括鍵盤掃描模塊和顯示模塊。 　　 初始化子程序模塊的功能主要是設(shè)置各個(gè)寄存器，使系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，并對(duì)各種變量進(jìn)行初始化。 　　 主程序主要是調(diào)用初始化子程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)系統(tǒng)中使用的定時(shí)器，然后進(jìn)入循環(huán)體，查詢鍵盤狀態(tài)和調(diào)用顯示子程序并等待系統(tǒng)中斷。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)優(yōu)先去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中完成系統(tǒng)的控制。 　　 中斷服務(wù)程序模塊包括a/d采樣模塊、捕獲中斷模塊、控制算法模塊、pwm信號(hào)輸出模塊以及與上位機(jī)的串行通信模塊。 　　 在串行口中斷中，主要完成與主機(jī)的信息傳輸、反饋當(dāng)前的工作狀態(tài)，根據(jù)主機(jī)的命令起動(dòng)或制動(dòng)電機(jī)等。 　　 adc中斷在每次pwm周期發(fā)生后一段時(shí)間發(fā)生，可以通過(guò)ad轉(zhuǎn)換的數(shù)值經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到當(dāng)前的相電流值，進(jìn)行電流環(huán)的調(diào)節(jié)。每當(dāng)經(jīng)過(guò)設(shè)定次數(shù)的電流環(huán)調(diào)節(jié)，就進(jìn)行一次速度環(huán)調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)按要求運(yùn)行。 結(jié)語(yǔ) 　　 dsp有許多專用的外圍設(shè)備和高性能特性，使其成為了電機(jī)控制系統(tǒng)最好的芯片之一。隨著對(duì)dsp控制能力的不斷提高，在電機(jī)控制上將取代單片機(jī)而獲得巨大的發(fā)展。本文從硬件和軟件兩方面，介紹了dsp在永磁無(wú)刷直流電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案，提供的硬件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)諸多現(xiàn)代控制理論和算法的評(píng)估;軟件方面，提供了dsp在電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)方法，具有很廣泛的應(yīng)用價(jià)值。