探讨基于DSP的BLDCM控制系统设计

董娜娜

摘要：伴随科技的不断发展，直流无刷电机（BLDCM）的应用越来越广泛。针对BLDCM电流换向引起的转矩脉动特点本文研究了一种电流控制器用模糊方式来调节非换相电流進而使换向转矩脉动减少。通过仿真实验表明，采用TMS320LF2407A芯片所设计的控制系统使电机的起动、调速效果良好，且起动时间低于3s。该系统使实验电机正确换向、运行稳定、输出平稳波形的端电压。

关键词：DSP；BLDCM；转矩脉动；调速

1.控制系统硬件设计

TMS320LF2407A控制器运算速度快、处理功能强，且含有大量集成的外围控制部件。针对这一特点，本文采用这款DSP控制器作为电机控制系统的核心。这样一来，整个数字控制系统的硬件设计电路简洁明了。控制系统原理框图如图1所示。

2.全数字闭环控制系统的整体控制策略

本文所设计的电流环和速度环用全数字闭环并通过软硬件结合的方式控制。如下图2所示，电流环周期T=50μs，反电动势过零检测，从而使速度环达到闭环控制，确保电动机换向无误。采用模糊方式控制电流环的控制器，使非换向相电流一直保持平滑不变，降低转矩脉动的发生。同理，在上述运行条件不变时，温度突变，系统控制效果几乎不变。当速度环周期T=50ms时，系统采用模糊分段调节算法来控制电动机工作。

3.系统仿真设计

控制系统仿真利用matlab中simulink进行模型搭建，如图3所示。仿真模型主要包括电动机本体模块BLDCM、逆变器模块Inverter、电流控制模块Current和转速PI控制器模块。

系统仿真实验参数：Vd=36V、Id=1.55A、ne=3000r/min、R=0.438Ω、L=0.000632H、J=0.005Kg.m2、Ke=0.065V/r/min、TL=0.955N·m。仿真设置：时间取0.04s，采用变步长、ode45算法。通过模糊控制和普通控制两种方法对比来进行BLDCM调速系统性能的仿真试验。波形如图4所示。

从上图仿真曲线结果可以看出，采用模糊方式控制电流控制器所产生的相电流、电磁转矩都相对平滑很多，大大降低了转矩脉动的发生。仿真结果表明：BLDCM的模糊控制的PI调速系统鲁棒性强，很好的抑制了转矩的脉动，调速性能良好。

4.总结

本文所设计的控制系统以TMS320FL2407A芯片为直流无刷电机全数字控制系统的核心，在软硬结合的基础上很好的实现了无位置传感器直流无刷电机的控制。系统以软件设计方法为主，能用软件方式所取代的硬件电路均把其替换下来，简化控制系统的硬件结构，从而降低系统组成成本，减少硬件电路原有的干扰，使整个控制系统的稳定可靠性明显提高。（作者单位：长春工业大学人文信息学院）

参考文献：

[1]李华德.交流调速控制系统[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2]张深.直流无刷电动机原理及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2002.