聶喜亮+陳軍+趙玉瓊+唐天敏+李飛燕

摘要： 在此從無(wú)刷直流電機(jī)特性入手，分析基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)，從而驗(yàn)證其在電動(dòng)執(zhí)行器中應(yīng)用的有效性。為更好地探討其在電動(dòng)執(zhí)行器中的應(yīng)用，綜合運(yùn)用比較分析、實(shí)驗(yàn)論證、圖示等方法來(lái)分析DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在系統(tǒng)及其硬件配置等方面的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)比分析可以看到其系統(tǒng)控制及其軟硬件的配備上能夠更好地適應(yīng)電動(dòng)執(zhí)行器的功能要求，并且有利于維修養(yǎng)護(hù)。在互聯(lián)網(wǎng)的背景下探討DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其控制等問(wèn)題，從而保證其應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)系統(tǒng)控制的完整性及其有效性。

關(guān)鍵詞： DSP控制； 無(wú)刷直流電機(jī)； 電動(dòng)執(zhí)行器； 系統(tǒng)控制

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1004?373X（2014）08?0159?04

Analysis on application of DSP?controlled brushless DC motor in power?driven actuators

NIE Xi?liang， CHEN Jun， ZHAO Yu?qiong， TANG Tian?min， LI Fei?yan

（Kunming Institute of Physics， Kunming 650223， China）

Abstract：Proceeding with the characteristics of brushless DC motor， the advantages of the DSP?controlled brushless DC motor are analyzed to verify the effectiveness of its application in the power?driven actuator. To better explore its application in power?driven actuator， the comparative analysis， experimental demonstration， graphical representation and other methods were adopted to analyze the superiority of DSP controlled brushless DC motor system in the aspects of the hardware configuration. Through comparative analysis， it is seen that its system control， hardware and software configurations can be more adaptive to the functional requirements of power?driven actuators， and more conducive to maintenance and upkeep. The innovation of this paper is to investigate the system design of DSP?controlled brushless DC motor and other issues under the background of the Internet， so as to ensure the integrity and effectiveness of system control when it is applied to power?driven actuator.

Keywords： DSP control； brushless direct current motor； electric actuator； system control

1無(wú)刷直流電機(jī)的相關(guān)特性

無(wú)刷直流電機(jī)與有刷電機(jī)相比最大的特點(diǎn)是采用電子換相裝置，具有更好的調(diào)速性能、其工作效率大為提高、使用中的噪音也大大降低。因?yàn)槠渖鲜鰞?yōu)點(diǎn)，使得無(wú)刷直流電子在航空以及一些較高性能的數(shù)控驅(qū)動(dòng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子位置傳感器向電機(jī)提供一些較為基本的換相信息，對(duì)無(wú)刷電機(jī)的正常工作有著重要的影響，但它因?yàn)樽陨淼南拗埔泊嬖谝恍┦褂玫谋锥?，比如其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，信號(hào)會(huì)受到環(huán)境的影響等[1]。但是，無(wú)刷直流電機(jī)以其電子裝置及直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，在電動(dòng)執(zhí)行器中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

無(wú)刷直流電機(jī)在具體應(yīng)用中作用的發(fā)揮與電壓等影響因素有著重要的關(guān)系。具體而言，當(dāng)提高作用于電機(jī)的電壓時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行速度便會(huì)提高，而在該種供電電壓升高時(shí)，電機(jī)中電樞的反電勢(shì)的值仍然為其原值，而電機(jī)的工作電壓發(fā)生變化時(shí)電壓和電流的變化會(huì)帶動(dòng)電樞中電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電流也相應(yīng)的增加。而電機(jī)繞組電子的電流的增加從某種程度上是對(duì)轉(zhuǎn)子的作用，從而對(duì)其產(chǎn)生一個(gè)加速度，提高了電機(jī)的運(yùn)行速度，而電機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速也會(huì)帶動(dòng)電樞反電勢(shì)的提高[2]。而從另一個(gè)方向來(lái)講，電機(jī)中的電樞反電勢(shì)的提高會(huì)在某種程度上降低電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電流，從而使得轉(zhuǎn)子減速，當(dāng)反電勢(shì)的電壓變化降至電壓電壓變化量水平時(shí)，電機(jī)的該種加速運(yùn)動(dòng)便會(huì)停止，如反電勢(shì)的電壓再提高則開(kāi)始一個(gè)新的加速周期運(yùn)動(dòng)。

無(wú)刷直流電機(jī)的降速與加速運(yùn)動(dòng)的原理相似。在無(wú)刷直流電機(jī)的工作電壓被降低時(shí)，其運(yùn)行的速度也相應(yīng)的降低。而在電壓降低的那一刻，其電樞的反電勢(shì)沒(méi)有任何的變化，但是電壓的降低會(huì)直接使電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電流降低，從而影響轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)模式最終降低其運(yùn)動(dòng)的速度，而轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度又作用于電樞電動(dòng)勢(shì)，使其也呈現(xiàn)出下降的變化，電機(jī)便會(huì)以一種新的速度來(lái)運(yùn)動(dòng)[3]。這種對(duì)電機(jī)的電壓進(jìn)行影響的方式，能夠有效地提高直流電機(jī)調(diào)速的便捷性，并且該種方式簡(jiǎn)單且可靠性較高，比交流電機(jī)的變頻調(diào)速等有著較多的有點(diǎn)。無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)的另一影響因素是其負(fù)載力矩，當(dāng)某電機(jī)的負(fù)載力矩提高而其電壓不發(fā)生任何變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)降低，反之，轉(zhuǎn)速則會(huì)提高。

對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器而言，穩(wěn)定與可靠性是關(guān)系其質(zhì)量的最為關(guān)鍵的因素。無(wú)刷直流電機(jī)定子采用與交流電機(jī)相似的原件，而轉(zhuǎn)子的材料則是永久磁鐵，是的直流電機(jī)具有運(yùn)行中的穩(wěn)定性、使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橛谰眯源盆F在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生熱，而以繞線中樞形式存在的定子產(chǎn)生的熱量會(huì)直接向外散出，因此也不會(huì)造成熱量的堆積，這對(duì)于電機(jī)的性能及其使用壽命都有積極的作用。

無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，其電磁力矩對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器的輸出力矩有直接的影響，當(dāng)我們能夠?qū)η罢哌M(jìn)行有效的控制時(shí)也便實(shí)現(xiàn)了對(duì)后者的控制。電機(jī)的該種輸出力矩的計(jì)算可以通過(guò)對(duì)電機(jī)電氣參數(shù)的檢查記錄來(lái)完成，在無(wú)刷直流電機(jī)中，該種檢測(cè)只需檢測(cè)電機(jī)中的電流便可以計(jì)算出電機(jī)的輸出力矩，再通過(guò)相關(guān)參數(shù)的比較計(jì)算得出電動(dòng)執(zhí)行器的輸出力矩。當(dāng)我們得到上述相關(guān)數(shù)值時(shí)，便可以以它們作為參考來(lái)對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器輸出力矩的科學(xué)合理控制。

2DSP控制及其特點(diǎn)分析

DSP是一種性能比較高的數(shù)字信號(hào)處理器，它是針對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制所設(shè)計(jì)，就其結(jié)構(gòu)而言，由定點(diǎn)DSP內(nèi)核與一系列的微控制器外圍電路組成。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的高速運(yùn)算和處理，同電機(jī)的更高性能的控制有機(jī)集合，在很大程度上提高了電機(jī)控制策略修改的便捷度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一些控制參數(shù)的檢測(cè)和修正以及機(jī)器故障的監(jiān)測(cè)、診斷等。將該種控制應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)中，能夠有效的提高電動(dòng)執(zhí)行器的作用[4]。其系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。

以DSP控制為基礎(chǔ)的無(wú)刷直流電機(jī)就硬件而言，主要是由定點(diǎn)DSP、外圍電路、功率驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路等構(gòu)成。DSP的主控制電路由一個(gè)功能相對(duì)比較齊全的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器作為其控制的核心，負(fù)責(zé)完成直流電機(jī)內(nèi)各種信號(hào)的搜集和處理，并且負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來(lái)完成控制器和它的上位機(jī)的通訊工作。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

該系統(tǒng)的具體工作原理為：無(wú)刷直流電機(jī)以某種方式啟動(dòng)之后，會(huì)以PWM的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制，而在這個(gè)控制調(diào)節(jié)的過(guò)程中輸入的交流電在經(jīng)過(guò)整流電路時(shí)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成直流電，并且經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調(diào)試中將系統(tǒng)的電阻設(shè)定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時(shí)，若PWM的周期為1 ms，以調(diào)節(jié)PWM信號(hào)占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)環(huán)的調(diào)速時(shí)能夠得到如表1所示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上述數(shù)據(jù)可以看到兩者的線性關(guān)系及其對(duì)電機(jī)控制的效果。無(wú)刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速通過(guò)DSP的一個(gè)口來(lái)輸入，輸入之后經(jīng)過(guò)ADI將該種模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，該種信號(hào)的轉(zhuǎn)化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機(jī)的換相的控制是由數(shù)字信號(hào)中的位置信號(hào)來(lái)完成的，由數(shù)字信號(hào)所包含的相關(guān)位置參數(shù)能夠計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們將計(jì)算的結(jié)果與電機(jī)給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行一定的偏差修正，并且將修正偏差過(guò)程中所產(chǎn)生的電流參考量和反饋量進(jìn)行比較，以比較的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并以對(duì)脈沖寬度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制功率管開(kāi)關(guān)時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的控制。

該數(shù)字控制器中，PWM驅(qū)動(dòng)主電路以智能功率模塊的形式來(lái)完成驅(qū)動(dòng)與電路保護(hù)的功能，在一定程度上優(yōu)化DSP與驅(qū)動(dòng)電路的工作模式及其接口方式的簡(jiǎn)化。在DSP中，功率驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)其控制的電路輸出的相應(yīng)脈沖信號(hào)功率的放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)中相應(yīng)部件的驅(qū)動(dòng)，在DSP控制構(gòu)件的選擇時(shí)盡可能選擇一定電壓范圍內(nèi)的，保證滿足電機(jī)工作需求的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓保護(hù)及其過(guò)流保護(hù)的作用。

在電機(jī)工作的過(guò)程中，通過(guò)其的直流電壓的高低會(huì)對(duì)其工作產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)通過(guò)電機(jī)的直流電壓過(guò)高時(shí)會(huì)造成一些功率器件的損壞或者是電機(jī)本身的損壞，而電壓過(guò)低時(shí)則會(huì)造成電流的增加從而使得開(kāi)關(guān)的損耗提升。從系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)選擇欠壓及電壓保護(hù)電路的形式。過(guò)壓保護(hù)電路能夠?qū)⒅绷麟娫吹碾妷和ㄟ^(guò)分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對(duì)固定的電壓閥值。在這過(guò)程中，我們可以通過(guò)電壓值和固定閥值的比較來(lái)進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當(dāng)電壓比較高時(shí)輸出的則是高電平，當(dāng)高電平出現(xiàn)時(shí)電機(jī)會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，以保證系統(tǒng)的安全。

DSP功能的實(shí)現(xiàn)是由其不同的結(jié)構(gòu)及其相互間的協(xié)作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執(zhí)行速度，高端的結(jié)構(gòu)、流水線式的作業(yè)模式以及高速的頻率使得其運(yùn)動(dòng)周期大為縮短并且能夠使多數(shù)指令能夠在一個(gè)周期內(nèi)完成。DSP中的事件管理器主要是應(yīng)用于電機(jī)的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號(hào)產(chǎn)生及計(jì)算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對(duì)空間矢量的控制，同時(shí)具備相應(yīng)的逆變器功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的有效控制。而捕獲單元的設(shè)計(jì)及其元器件的選擇能夠保證其對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)所產(chǎn)生的磁極位置信號(hào)的及時(shí)準(zhǔn)確捕捉，并將其傳輸?shù)接?jì)數(shù)器通過(guò)計(jì)算來(lái)體現(xiàn)點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速。正交編碼器完成有電機(jī)相應(yīng)的編碼器產(chǎn)生的相關(guān)正交編碼信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)該種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)完成對(duì)電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)動(dòng)方向等的判斷，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。它設(shè)有多個(gè)接口，保證其內(nèi)部交流及其與外部控制的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保證電路系統(tǒng)內(nèi)的開(kāi)關(guān)控制的實(shí)現(xiàn)[5]。

3基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行

器中的具體應(yīng)用

電動(dòng)執(zhí)行器是電機(jī)控制系統(tǒng)的的一種終端設(shè)備，實(shí)踐中，控制系統(tǒng)要通過(guò)他來(lái)完成對(duì)電機(jī)相應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)和干預(yù)，以提高電機(jī)工作的自動(dòng)化水平。隨著科技的進(jìn)步及其自動(dòng)化水平的提高，控制系統(tǒng)的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統(tǒng)對(duì)于執(zhí)行器的可靠性、定位的精確度以及穩(wěn)定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，很大程度上體現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展的水平，也在很大程度上提高了執(zhí)行器運(yùn)行的水平，從而保證電機(jī)作用的充分實(shí)現(xiàn)。

將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中時(shí)，最為重要的是構(gòu)建一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)等。就驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言由主電路、控制電路以及電機(jī)等來(lái)組成，在這一系統(tǒng)中不應(yīng)包括機(jī)械裝置。DSP控制系統(tǒng)的構(gòu)建以當(dāng)前技術(shù)水平為基礎(chǔ)，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎(chǔ)來(lái)完善控制管理器。后者負(fù)責(zé)對(duì)一些編程死區(qū)的控制，并且完成一些非對(duì)稱PWM波形的輸出等，實(shí)現(xiàn)控制的及時(shí)性及其科學(xué)合理，保證控制效果的實(shí)現(xiàn)。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過(guò)與計(jì)算機(jī)終端的連接，并且利用發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，使其在完成功率開(kāi)關(guān)器件與驅(qū)動(dòng)電路的連接工作時(shí)，能夠高效的完成電機(jī)內(nèi)相關(guān)電壓、電流等信號(hào)的捕捉和傳遞，并且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流中存在的一些故障等，保證控制系統(tǒng)及電機(jī)工作的正常和安全。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)控制系統(tǒng)作用的實(shí)現(xiàn)由軟啟動(dòng)、換相邏輯等模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)作來(lái)保證。所謂軟啟動(dòng)是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)以PWM的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器功率開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)平均電壓的降低，保證啟動(dòng)電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開(kāi)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號(hào)進(jìn)行組合進(jìn)行循環(huán)調(diào)整實(shí)現(xiàn)變相控制。PWM的控制則是在充分利用無(wú)刷直流電機(jī)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上改變通過(guò)電機(jī)的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在每相導(dǎo)通的時(shí)間不變的前提下來(lái)改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來(lái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的調(diào)整，該種方法在保證了調(diào)速線性度的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過(guò)供電方式的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來(lái)的成本的增加。而較為經(jīng)濟(jì)的方式則是在保證每相導(dǎo)通時(shí)電樞線圈電壓恒定的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變相導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其本質(zhì)上是對(duì)線圈平均電壓的一種改變，也能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的目的。而無(wú)刷直流電機(jī)中應(yīng)用該種方式，也能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于其脈寬等的調(diào)節(jié)和控制，保證控制的效果。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)的換相呈現(xiàn)出一定的變化，電壓的變化帶來(lái)電流的直接變化，直接作用于電機(jī)則會(huì)產(chǎn)生較大的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。該種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)的抖動(dòng)，使其壽命降低，而系統(tǒng)的可靠性也隨之降低。為避免該種問(wèn)題，我們采用換相補(bǔ)償，有效降低該種電機(jī)換相所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[6]。在工作中，當(dāng)偏差較大時(shí)，該種換相補(bǔ)償能夠進(jìn)行快速的糾偏，使非線性控制來(lái)完成初步的定位，當(dāng)該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉(zhuǎn)化為線性控制，以實(shí)現(xiàn)定位的精準(zhǔn)度。

信息技術(shù)不斷發(fā)展及其自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展的背景下，電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也不斷完善，基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)便可在很大程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。電動(dòng)執(zhí)行器中的無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)時(shí)，便要以網(wǎng)絡(luò)控制為前提，對(duì)系統(tǒng)的接口等進(jìn)行相對(duì)完善的設(shè)計(jì)。首先要進(jìn)行各種端口的設(shè)計(jì)，通過(guò)微處理器各種內(nèi)嵌端口來(lái)滿足其網(wǎng)絡(luò)接入及輸出的需求。這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，將對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，通過(guò)控制數(shù)據(jù)的傳輸和處理來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制的目標(biāo)。以模塊劃分的形式，每個(gè)模塊傳遞不同的信號(hào)和數(shù)據(jù)，從而使驅(qū)動(dòng)信息能夠傳輸?shù)娇刂频闹鳈C(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。其次，構(gòu)建完善的通訊系統(tǒng)，保證系統(tǒng)信號(hào)的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設(shè)計(jì)，以自身的使用及其中斷位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能的發(fā)揮來(lái)實(shí)現(xiàn)其半雙工或者全雙工的工作。在網(wǎng)絡(luò)控制的通訊設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其在接收和發(fā)送的雙向特點(diǎn)，使端口、網(wǎng)絡(luò)等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳送到無(wú)刷直流電機(jī)，從而使其控制能夠更好地實(shí)現(xiàn)。而該種通訊的實(shí)現(xiàn)，還需要主機(jī)與光纖的連接的保證。在該種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使其最大限度的滿足主機(jī)信號(hào)的傳播，實(shí)現(xiàn)各種控制信息的光纖中的雙向移動(dòng)，并且在這個(gè)過(guò)程中能夠?qū)ο嚓P(guān)信號(hào)進(jìn)行一定的區(qū)別，在信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通暢。只有在信息傳遞上實(shí)現(xiàn)迅速和高效，并且信息的網(wǎng)絡(luò)傳播能夠使無(wú)刷直流電機(jī)的控制成為一個(gè)完整高效的控制系統(tǒng)，使其在電動(dòng)執(zhí)行器中的作用得到更好地發(fā)揮。

在控制系統(tǒng)中，以PWM方式來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)記性控制，能夠有效的提高調(diào)節(jié)控制的水平和線性度，并且能夠通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，能夠充分發(fā)揮無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)數(shù)字化控制能夠有效提高電動(dòng)執(zhí)行器的效率。

4結(jié)語(yǔ)

以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)，能夠充分利用數(shù)字化技術(shù)所帶來(lái)的先進(jìn)性來(lái)提高其自身的性能，并且在使用的過(guò)程中與完善的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相結(jié)合，使其控制信號(hào)能夠更好地傳輸，實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。從其控制系統(tǒng)的構(gòu)建來(lái)看，其控制方式及其控制水平都隨著相關(guān)技術(shù)和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩(wěn)定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行質(zhì)量和水平，保證其正常運(yùn)作。因其自身具有的穩(wěn)定性及其數(shù)字化的特點(diǎn)，DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行器中有著廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

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以DSP控制為基礎(chǔ)的無(wú)刷直流電機(jī)就硬件而言，主要是由定點(diǎn)DSP、外圍電路、功率驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路等構(gòu)成。DSP的主控制電路由一個(gè)功能相對(duì)比較齊全的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器作為其控制的核心，負(fù)責(zé)完成直流電機(jī)內(nèi)各種信號(hào)的搜集和處理，并且負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來(lái)完成控制器和它的上位機(jī)的通訊工作。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

該系統(tǒng)的具體工作原理為：無(wú)刷直流電機(jī)以某種方式啟動(dòng)之后，會(huì)以PWM的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制，而在這個(gè)控制調(diào)節(jié)的過(guò)程中輸入的交流電在經(jīng)過(guò)整流電路時(shí)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成直流電，并且經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調(diào)試中將系統(tǒng)的電阻設(shè)定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時(shí)，若PWM的周期為1 ms，以調(diào)節(jié)PWM信號(hào)占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)環(huán)的調(diào)速時(shí)能夠得到如表1所示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上述數(shù)據(jù)可以看到兩者的線性關(guān)系及其對(duì)電機(jī)控制的效果。無(wú)刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速通過(guò)DSP的一個(gè)口來(lái)輸入，輸入之后經(jīng)過(guò)ADI將該種模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，該種信號(hào)的轉(zhuǎn)化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機(jī)的換相的控制是由數(shù)字信號(hào)中的位置信號(hào)來(lái)完成的，由數(shù)字信號(hào)所包含的相關(guān)位置參數(shù)能夠計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們將計(jì)算的結(jié)果與電機(jī)給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行一定的偏差修正，并且將修正偏差過(guò)程中所產(chǎn)生的電流參考量和反饋量進(jìn)行比較，以比較的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并以對(duì)脈沖寬度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制功率管開(kāi)關(guān)時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的控制。

該數(shù)字控制器中，PWM驅(qū)動(dòng)主電路以智能功率模塊的形式來(lái)完成驅(qū)動(dòng)與電路保護(hù)的功能，在一定程度上優(yōu)化DSP與驅(qū)動(dòng)電路的工作模式及其接口方式的簡(jiǎn)化。在DSP中，功率驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)其控制的電路輸出的相應(yīng)脈沖信號(hào)功率的放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)中相應(yīng)部件的驅(qū)動(dòng)，在DSP控制構(gòu)件的選擇時(shí)盡可能選擇一定電壓范圍內(nèi)的，保證滿足電機(jī)工作需求的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓保護(hù)及其過(guò)流保護(hù)的作用。

在電機(jī)工作的過(guò)程中，通過(guò)其的直流電壓的高低會(huì)對(duì)其工作產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)通過(guò)電機(jī)的直流電壓過(guò)高時(shí)會(huì)造成一些功率器件的損壞或者是電機(jī)本身的損壞，而電壓過(guò)低時(shí)則會(huì)造成電流的增加從而使得開(kāi)關(guān)的損耗提升。從系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)選擇欠壓及電壓保護(hù)電路的形式。過(guò)壓保護(hù)電路能夠?qū)⒅绷麟娫吹碾妷和ㄟ^(guò)分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對(duì)固定的電壓閥值。在這過(guò)程中，我們可以通過(guò)電壓值和固定閥值的比較來(lái)進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當(dāng)電壓比較高時(shí)輸出的則是高電平，當(dāng)高電平出現(xiàn)時(shí)電機(jī)會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，以保證系統(tǒng)的安全。

DSP功能的實(shí)現(xiàn)是由其不同的結(jié)構(gòu)及其相互間的協(xié)作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執(zhí)行速度，高端的結(jié)構(gòu)、流水線式的作業(yè)模式以及高速的頻率使得其運(yùn)動(dòng)周期大為縮短并且能夠使多數(shù)指令能夠在一個(gè)周期內(nèi)完成。DSP中的事件管理器主要是應(yīng)用于電機(jī)的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號(hào)產(chǎn)生及計(jì)算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對(duì)空間矢量的控制，同時(shí)具備相應(yīng)的逆變器功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的有效控制。而捕獲單元的設(shè)計(jì)及其元器件的選擇能夠保證其對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)所產(chǎn)生的磁極位置信號(hào)的及時(shí)準(zhǔn)確捕捉，并將其傳輸?shù)接?jì)數(shù)器通過(guò)計(jì)算來(lái)體現(xiàn)點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速。正交編碼器完成有電機(jī)相應(yīng)的編碼器產(chǎn)生的相關(guān)正交編碼信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)該種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)完成對(duì)電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)動(dòng)方向等的判斷，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。它設(shè)有多個(gè)接口，保證其內(nèi)部交流及其與外部控制的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保證電路系統(tǒng)內(nèi)的開(kāi)關(guān)控制的實(shí)現(xiàn)[5]。

3基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行

器中的具體應(yīng)用

電動(dòng)執(zhí)行器是電機(jī)控制系統(tǒng)的的一種終端設(shè)備，實(shí)踐中，控制系統(tǒng)要通過(guò)他來(lái)完成對(duì)電機(jī)相應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)和干預(yù)，以提高電機(jī)工作的自動(dòng)化水平。隨著科技的進(jìn)步及其自動(dòng)化水平的提高，控制系統(tǒng)的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統(tǒng)對(duì)于執(zhí)行器的可靠性、定位的精確度以及穩(wěn)定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，很大程度上體現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展的水平，也在很大程度上提高了執(zhí)行器運(yùn)行的水平，從而保證電機(jī)作用的充分實(shí)現(xiàn)。

將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中時(shí)，最為重要的是構(gòu)建一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)等。就驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言由主電路、控制電路以及電機(jī)等來(lái)組成，在這一系統(tǒng)中不應(yīng)包括機(jī)械裝置。DSP控制系統(tǒng)的構(gòu)建以當(dāng)前技術(shù)水平為基礎(chǔ)，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎(chǔ)來(lái)完善控制管理器。后者負(fù)責(zé)對(duì)一些編程死區(qū)的控制，并且完成一些非對(duì)稱PWM波形的輸出等，實(shí)現(xiàn)控制的及時(shí)性及其科學(xué)合理，保證控制效果的實(shí)現(xiàn)。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過(guò)與計(jì)算機(jī)終端的連接，并且利用發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，使其在完成功率開(kāi)關(guān)器件與驅(qū)動(dòng)電路的連接工作時(shí)，能夠高效的完成電機(jī)內(nèi)相關(guān)電壓、電流等信號(hào)的捕捉和傳遞，并且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流中存在的一些故障等，保證控制系統(tǒng)及電機(jī)工作的正常和安全?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)控制系統(tǒng)作用的實(shí)現(xiàn)由軟啟動(dòng)、換相邏輯等模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)作來(lái)保證。所謂軟啟動(dòng)是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)以PWM的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器功率開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)平均電壓的降低，保證啟動(dòng)電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開(kāi)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號(hào)進(jìn)行組合進(jìn)行循環(huán)調(diào)整實(shí)現(xiàn)變相控制。PWM的控制則是在充分利用無(wú)刷直流電機(jī)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上改變通過(guò)電機(jī)的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在每相導(dǎo)通的時(shí)間不變的前提下來(lái)改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來(lái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的調(diào)整，該種方法在保證了調(diào)速線性度的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過(guò)供電方式的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來(lái)的成本的增加。而較為經(jīng)濟(jì)的方式則是在保證每相導(dǎo)通時(shí)電樞線圈電壓恒定的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變相導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其本質(zhì)上是對(duì)線圈平均電壓的一種改變，也能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的目的。而無(wú)刷直流電機(jī)中應(yīng)用該種方式，也能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于其脈寬等的調(diào)節(jié)和控制，保證控制的效果。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)的換相呈現(xiàn)出一定的變化，電壓的變化帶來(lái)電流的直接變化，直接作用于電機(jī)則會(huì)產(chǎn)生較大的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。該種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)的抖動(dòng)，使其壽命降低，而系統(tǒng)的可靠性也隨之降低。為避免該種問(wèn)題，我們采用換相補(bǔ)償，有效降低該種電機(jī)換相所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[6]。在工作中，當(dāng)偏差較大時(shí)，該種換相補(bǔ)償能夠進(jìn)行快速的糾偏，使非線性控制來(lái)完成初步的定位，當(dāng)該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉(zhuǎn)化為線性控制，以實(shí)現(xiàn)定位的精準(zhǔn)度。

信息技術(shù)不斷發(fā)展及其自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展的背景下，電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也不斷完善，基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)便可在很大程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。電動(dòng)執(zhí)行器中的無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)時(shí)，便要以網(wǎng)絡(luò)控制為前提，對(duì)系統(tǒng)的接口等進(jìn)行相對(duì)完善的設(shè)計(jì)。首先要進(jìn)行各種端口的設(shè)計(jì)，通過(guò)微處理器各種內(nèi)嵌端口來(lái)滿足其網(wǎng)絡(luò)接入及輸出的需求。這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，將對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，通過(guò)控制數(shù)據(jù)的傳輸和處理來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制的目標(biāo)。以模塊劃分的形式，每個(gè)模塊傳遞不同的信號(hào)和數(shù)據(jù)，從而使驅(qū)動(dòng)信息能夠傳輸?shù)娇刂频闹鳈C(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。其次，構(gòu)建完善的通訊系統(tǒng)，保證系統(tǒng)信號(hào)的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設(shè)計(jì)，以自身的使用及其中斷位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能的發(fā)揮來(lái)實(shí)現(xiàn)其半雙工或者全雙工的工作。在網(wǎng)絡(luò)控制的通訊設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其在接收和發(fā)送的雙向特點(diǎn)，使端口、網(wǎng)絡(luò)等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳送到無(wú)刷直流電機(jī)，從而使其控制能夠更好地實(shí)現(xiàn)。而該種通訊的實(shí)現(xiàn)，還需要主機(jī)與光纖的連接的保證。在該種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使其最大限度的滿足主機(jī)信號(hào)的傳播，實(shí)現(xiàn)各種控制信息的光纖中的雙向移動(dòng)，并且在這個(gè)過(guò)程中能夠?qū)ο嚓P(guān)信號(hào)進(jìn)行一定的區(qū)別，在信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通暢。只有在信息傳遞上實(shí)現(xiàn)迅速和高效，并且信息的網(wǎng)絡(luò)傳播能夠使無(wú)刷直流電機(jī)的控制成為一個(gè)完整高效的控制系統(tǒng)，使其在電動(dòng)執(zhí)行器中的作用得到更好地發(fā)揮。

在控制系統(tǒng)中，以PWM方式來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)記性控制，能夠有效的提高調(diào)節(jié)控制的水平和線性度，并且能夠通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，能夠充分發(fā)揮無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)數(shù)字化控制能夠有效提高電動(dòng)執(zhí)行器的效率。

4結(jié)語(yǔ)

以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)，能夠充分利用數(shù)字化技術(shù)所帶來(lái)的先進(jìn)性來(lái)提高其自身的性能，并且在使用的過(guò)程中與完善的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相結(jié)合，使其控制信號(hào)能夠更好地傳輸，實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。從其控制系統(tǒng)的構(gòu)建來(lái)看，其控制方式及其控制水平都隨著相關(guān)技術(shù)和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩(wěn)定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行質(zhì)量和水平，保證其正常運(yùn)作。因其自身具有的穩(wěn)定性及其數(shù)字化的特點(diǎn)，DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行器中有著廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

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以DSP控制為基礎(chǔ)的無(wú)刷直流電機(jī)就硬件而言，主要是由定點(diǎn)DSP、外圍電路、功率驅(qū)動(dòng)電路及其保護(hù)電路等構(gòu)成。DSP的主控制電路由一個(gè)功能相對(duì)比較齊全的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器作為其控制的核心，負(fù)責(zé)完成直流電機(jī)內(nèi)各種信號(hào)的搜集和處理，并且負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，該種控制核心還以SCI接口的形式來(lái)完成控制器和它的上位機(jī)的通訊工作。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

該系統(tǒng)的具體工作原理為：無(wú)刷直流電機(jī)以某種方式啟動(dòng)之后，會(huì)以PWM的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制，而在這個(gè)控制調(diào)節(jié)的過(guò)程中輸入的交流電在經(jīng)過(guò)整流電路時(shí)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成直流電，并且經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓之后便成為逆變電路的直流電源。在調(diào)試中將系統(tǒng)的電阻設(shè)定為1.6 Ω，相電感為5.5 mH而電壓恒定為380 V時(shí)，若PWM的周期為1 ms，以調(diào)節(jié)PWM信號(hào)占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)環(huán)的調(diào)速時(shí)能夠得到如表1所示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上述數(shù)據(jù)可以看到兩者的線性關(guān)系及其對(duì)電機(jī)控制的效果。無(wú)刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速通過(guò)DSP的一個(gè)口來(lái)輸入，輸入之后經(jīng)過(guò)ADI將該種模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，該種信號(hào)的轉(zhuǎn)化能夠在很大程度上提高其工作速度。電機(jī)的換相的控制是由數(shù)字信號(hào)中的位置信號(hào)來(lái)完成的，由數(shù)字信號(hào)所包含的相關(guān)位置參數(shù)能夠計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們將計(jì)算的結(jié)果與電機(jī)給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行一定的偏差修正，并且將修正偏差過(guò)程中所產(chǎn)生的電流參考量和反饋量進(jìn)行比較，以比較的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并以對(duì)脈沖寬度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制功率管開(kāi)關(guān)時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的控制。

該數(shù)字控制器中，PWM驅(qū)動(dòng)主電路以智能功率模塊的形式來(lái)完成驅(qū)動(dòng)與電路保護(hù)的功能，在一定程度上優(yōu)化DSP與驅(qū)動(dòng)電路的工作模式及其接口方式的簡(jiǎn)化。在DSP中，功率驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)其控制的電路輸出的相應(yīng)脈沖信號(hào)功率的放大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)中相應(yīng)部件的驅(qū)動(dòng)，在DSP控制構(gòu)件的選擇時(shí)盡可能選擇一定電壓范圍內(nèi)的，保證滿足電機(jī)工作需求的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)欠壓保護(hù)及其過(guò)流保護(hù)的作用。

在電機(jī)工作的過(guò)程中，通過(guò)其的直流電壓的高低會(huì)對(duì)其工作產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)通過(guò)電機(jī)的直流電壓過(guò)高時(shí)會(huì)造成一些功率器件的損壞或者是電機(jī)本身的損壞，而電壓過(guò)低時(shí)則會(huì)造成電流的增加從而使得開(kāi)關(guān)的損耗提升。從系統(tǒng)安全的角度出發(fā)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)選擇欠壓及電壓保護(hù)電路的形式。過(guò)壓保護(hù)電路能夠?qū)⒅绷麟娫吹碾妷和ㄟ^(guò)分壓電路分壓之后再輸入到比較器的同相輸入端，而反向輸入端連接相對(duì)固定的電壓閥值。在這過(guò)程中，我們可以通過(guò)電壓值和固定閥值的比較來(lái)進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)和控制，電壓正常的水平下，比較器所輸出的是低電平，而當(dāng)電壓比較高時(shí)輸出的則是高電平，當(dāng)高電平出現(xiàn)時(shí)電機(jī)會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，以保證系統(tǒng)的安全。

DSP功能的實(shí)現(xiàn)是由其不同的結(jié)構(gòu)及其相互間的協(xié)作所完成的。其采用的核心部件具有較快的執(zhí)行速度，高端的結(jié)構(gòu)、流水線式的作業(yè)模式以及高速的頻率使得其運(yùn)動(dòng)周期大為縮短并且能夠使多數(shù)指令能夠在一個(gè)周期內(nèi)完成。DSP中的事件管理器主要是應(yīng)用于電機(jī)的控制模塊，它的組成部件包含了周期信號(hào)產(chǎn)生及計(jì)算等功能。該種控制器中的比較單元及其PWM控制的選擇具有較多的輸出端，保證了對(duì)空間矢量的控制，同時(shí)具備相應(yīng)的逆變器功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的有效控制。而捕獲單元的設(shè)計(jì)及其元器件的選擇能夠保證其對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)所產(chǎn)生的磁極位置信號(hào)的及時(shí)準(zhǔn)確捕捉，并將其傳輸?shù)接?jì)數(shù)器通過(guò)計(jì)算來(lái)體現(xiàn)點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速。正交編碼器完成有電機(jī)相應(yīng)的編碼器產(chǎn)生的相關(guān)正交編碼信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)該種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)完成對(duì)電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)動(dòng)方向等的判斷，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。它設(shè)有多個(gè)接口，保證其內(nèi)部交流及其與外部控制的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保證電路系統(tǒng)內(nèi)的開(kāi)關(guān)控制的實(shí)現(xiàn)[5]。

3基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行

器中的具體應(yīng)用

電動(dòng)執(zhí)行器是電機(jī)控制系統(tǒng)的的一種終端設(shè)備，實(shí)踐中，控制系統(tǒng)要通過(guò)他來(lái)完成對(duì)電機(jī)相應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)和干預(yù)，以提高電機(jī)工作的自動(dòng)化水平。隨著科技的進(jìn)步及其自動(dòng)化水平的提高，控制系統(tǒng)的功能及其性能等也要隨之提升，此外，控制系統(tǒng)對(duì)于執(zhí)行器的可靠性、定位的精確度以及穩(wěn)定性能、力矩控制等都有了更高的要求。以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，很大程度上體現(xiàn)了自動(dòng)化發(fā)展的水平，也在很大程度上提高了執(zhí)行器運(yùn)行的水平，從而保證電機(jī)作用的充分實(shí)現(xiàn)。

將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中時(shí)，最為重要的是構(gòu)建一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)等。就驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言由主電路、控制電路以及電機(jī)等來(lái)組成，在這一系統(tǒng)中不應(yīng)包括機(jī)械裝置。DSP控制系統(tǒng)的構(gòu)建以當(dāng)前技術(shù)水平為基礎(chǔ)，選擇性能較高、功能全面的芯片作為其控制的核心部件，以PWM為基礎(chǔ)來(lái)完善控制管理器。后者負(fù)責(zé)對(duì)一些編程死區(qū)的控制，并且完成一些非對(duì)稱PWM波形的輸出等，實(shí)現(xiàn)控制的及時(shí)性及其科學(xué)合理，保證控制效果的實(shí)現(xiàn)。DSP控制中還有智能模塊IPM它通過(guò)與計(jì)算機(jī)終端的連接，并且利用發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，使其在完成功率開(kāi)關(guān)器件與驅(qū)動(dòng)電路的連接工作時(shí)，能夠高效的完成電機(jī)內(nèi)相關(guān)電壓、電流等信號(hào)的捕捉和傳遞，并且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流中存在的一些故障等，保證控制系統(tǒng)及電機(jī)工作的正常和安全?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)控制系統(tǒng)作用的實(shí)現(xiàn)由軟啟動(dòng)、換相邏輯等模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)作來(lái)保證。所謂軟啟動(dòng)是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)以PWM的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器功率開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)平均電壓的降低，保證啟動(dòng)電流限制在一定的水平。換相邏輯則是將功率器件按照一定的邏輯打開(kāi)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并以磁極位置傳感器所傳遞的信號(hào)進(jìn)行組合進(jìn)行循環(huán)調(diào)整實(shí)現(xiàn)變相控制。PWM的控制則是在充分利用無(wú)刷直流電機(jī)自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上改變通過(guò)電機(jī)的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。在每相導(dǎo)通的時(shí)間不變的前提下來(lái)改變其加在線圈上的電壓，該種電壓的變化能夠帶來(lái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的調(diào)整，該種方法在保證了調(diào)速線性度的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)較大的損耗。為降低該種損耗，可以通過(guò)供電方式的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整，比如直流電壓變換器的使用，但是它在一定程度上帶來(lái)的成本的增加。而較為經(jīng)濟(jì)的方式則是在保證每相導(dǎo)通時(shí)電樞線圈電壓恒定的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變相導(dǎo)通的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其本質(zhì)上是對(duì)線圈平均電壓的一種改變，也能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的目的。而無(wú)刷直流電機(jī)中應(yīng)用該種方式，也能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于其脈寬等的調(diào)節(jié)和控制，保證控制的效果。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)的換相呈現(xiàn)出一定的變化，電壓的變化帶來(lái)電流的直接變化，直接作用于電機(jī)則會(huì)產(chǎn)生較大的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。該種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)的抖動(dòng)，使其壽命降低，而系統(tǒng)的可靠性也隨之降低。為避免該種問(wèn)題，我們采用換相補(bǔ)償，有效降低該種電機(jī)換相所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[6]。在工作中，當(dāng)偏差較大時(shí)，該種換相補(bǔ)償能夠進(jìn)行快速的糾偏，使非線性控制來(lái)完成初步的定位，當(dāng)該種位置的偏差限定在較小范圍之后控制器將其轉(zhuǎn)化為線性控制，以實(shí)現(xiàn)定位的精準(zhǔn)度。

信息技術(shù)不斷發(fā)展及其自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展的背景下，電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也不斷完善，基于DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)便可在很大程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。電動(dòng)執(zhí)行器中的無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)時(shí)，便要以網(wǎng)絡(luò)控制為前提，對(duì)系統(tǒng)的接口等進(jìn)行相對(duì)完善的設(shè)計(jì)。首先要進(jìn)行各種端口的設(shè)計(jì)，通過(guò)微處理器各種內(nèi)嵌端口來(lái)滿足其網(wǎng)絡(luò)接入及輸出的需求。這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，將對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，通過(guò)控制數(shù)據(jù)的傳輸和處理來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制的目標(biāo)。以模塊劃分的形式，每個(gè)模塊傳遞不同的信號(hào)和數(shù)據(jù)，從而使驅(qū)動(dòng)信息能夠傳輸?shù)娇刂频闹鳈C(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。其次，構(gòu)建完善的通訊系統(tǒng)，保證系統(tǒng)信號(hào)的傳輸。DSP控制器自身所具有的雙向緩沖設(shè)計(jì)，以自身的使用及其中斷位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能的發(fā)揮來(lái)實(shí)現(xiàn)其半雙工或者全雙工的工作。在網(wǎng)絡(luò)控制的通訊設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其在接收和發(fā)送的雙向特點(diǎn)，使端口、網(wǎng)絡(luò)等能夠滿足其該種需求，保證其控制信息能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳送到無(wú)刷直流電機(jī)，從而使其控制能夠更好地實(shí)現(xiàn)。而該種通訊的實(shí)現(xiàn)，還需要主機(jī)與光纖的連接的保證。在該種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該使其最大限度的滿足主機(jī)信號(hào)的傳播，實(shí)現(xiàn)各種控制信息的光纖中的雙向移動(dòng)，并且在這個(gè)過(guò)程中能夠?qū)ο嚓P(guān)信號(hào)進(jìn)行一定的區(qū)別，在信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通暢。只有在信息傳遞上實(shí)現(xiàn)迅速和高效，并且信息的網(wǎng)絡(luò)傳播能夠使無(wú)刷直流電機(jī)的控制成為一個(gè)完整高效的控制系統(tǒng)，使其在電動(dòng)執(zhí)行器中的作用得到更好地發(fā)揮。

在控制系統(tǒng)中，以PWM方式來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)記性控制，能夠有效的提高調(diào)節(jié)控制的水平和線性度，并且能夠通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。將DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用到電動(dòng)執(zhí)行器中，能夠充分發(fā)揮無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)數(shù)字化控制能夠有效提高電動(dòng)執(zhí)行器的效率。

4結(jié)語(yǔ)

以DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)，能夠充分利用數(shù)字化技術(shù)所帶來(lái)的先進(jìn)性來(lái)提高其自身的性能，并且在使用的過(guò)程中與完善的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)相結(jié)合，使其控制信號(hào)能夠更好地傳輸，實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。從其控制系統(tǒng)的構(gòu)建來(lái)看，其控制方式及其控制水平都隨著相關(guān)技術(shù)和元器件的使用而不斷的提高，使該種控制更具穩(wěn)定性和可靠性，能夠在很大程度上提高電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行質(zhì)量和水平，保證其正常運(yùn)作。因其自身具有的穩(wěn)定性及其數(shù)字化的特點(diǎn)，DSP控制的無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行器中有著廣闊的應(yīng)用空間。

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