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TMS320C2812在无刷直流电动机控制的过程及效果
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2017-11-02
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1引 言
近年来，由于新型稀土永磁材料的出现，采用电子换向装置的的稀土永磁无刷直流电动机在航空、航天和电气传动等方面的应用日益广泛。在高精度电机控制系咎中，采用无刷直流电动机作为驱动装置可使其在重量、功率及控制特性方面有很大的改善。TI公司新推出的TMS320C2812是定点DSP数字信号处理器，作为电机控制系列专用高端产品，在实现电机控制中能充分利用其高精度处理器的优势，更好地发挥无刷直流电动机良好的控制特性。本文主要介绍利用这种型号的DSP实现对无刷直流电动机控制的过程及达到的效果。
2 基本结构及应用
2．1 TMS320C2812的基本结构
TMS320C2812型DSP是TI公司C2000系列电机控制专用电路的高端产品，是定点32位数字信号处理器，指令周期可达150 MHz．内含128位Flash和两个通用事件管理器，可用于捕获位置脉冲和编码脉冲，产生脉宽调制输出信号：还有16通道12位高精度MD转换模块，并可拓展外部存储器。这种DSP可以满足各类复杂电机的控制。
2．2 PWM控制信号的产生
根据无刷直流电机的控制需要．由DSP产生PWM控制信号。下面以单路PWM信号的产生过程为例，如图1所示，DSP事件管理器A中的定时器l作为产生PWM信号的时基，通过控制寄存器T1CON和给定定时周期TlPR设置时钟周期．定时器计数模式为连续增减模式；通过寄存器（COM-CONA）设置比较单元的各个参数，产生出对称的三角波信号，在寄存器CMPRl和ACTRl中分别设置阈值和比较输出方式，设定的阈值实时与三角波信号比较，得到相应占空比的PWM信号。
图2所示是PWM比较产生的原理，如图所示．ACTRl设置为高电平有效，即在寄存器CMPRl中设置阈值小于三角波的值时输出为无效的低电平。当阈值大于三角波的值时，输出为有效的高电平。
理想的无刷直流电动机的感应电动势的计算公式是：
E=3/3πpβLrω （1）
式中：NP是通电导体数；β是永磁体产生的气隙磁通密度；L是转子铁心长度：r是转子半径：ω是转子的机械角速度。
由式（1）可以看出，感应电动势与转子的转速成正比。感应电动势E与直流电源电压U的关系为：
E=dU
式中：d为控制信号有效电平的占空比。直流电源电压恒定，可推导出转子转速与占空比d成正比，因此可以通过调整d的大小即调整PWM信号有效电平的宽度达到控制转速的目的。
由DSP产生的PWM信号根据相应寄存器设置，由于定时器1采用连续增减计数模式．故有效电平的占空比d的表达式为
d=（2T1PR-2CMPRl）／2T1PR （3）
结合式（1）和（2），在程序设计上，可以改变CMPRl的值来控制电机的转速。
近年来，由于新型稀土永磁材料的出现，采用电子换向装置的的稀土永磁无刷直流电动机在航空、航天和电气传动等方面的应用日益广泛。在高精度电机控制系咎中，采用无刷直流电动机作为驱动装置可使其在重量、功率及控制特性方面有很大的改善。TI公司新推出的TMS320C2812是定点DSP数字信号处理器，作为电机控制系列专用高端产品，在实现电机控制中能充分利用其高精度处理器的优势，更好地发挥无刷直流电动机良好的控制特性。本文主要介绍利用这种型号的DSP实现对无刷直流电动机控制的过程及达到的效果。
2 基本结构及应用
2．1 TMS320C2812的基本结构
TMS320C2812型DSP是TI公司C2000系列电机控制专用电路的高端产品，是定点32位数字信号处理器，指令周期可达150 MHz．内含128位Flash和两个通用事件管理器，可用于捕获位置脉冲和编码脉冲，产生脉宽调制输出信号：还有16通道12位高精度MD转换模块，并可拓展外部存储器。这种DSP可以满足各类复杂电机的控制。
2．2 PWM控制信号的产生
根据无刷直流电机的控制需要．由DSP产生PWM控制信号。下面以单路PWM信号的产生过程为例，如图1所示，DSP事件管理器A中的定时器l作为产生PWM信号的时基，通过控制寄存器T1CON和给定定时周期TlPR设置时钟周期．定时器计数模式为连续增减模式；通过寄存器（COM-CONA）设置比较单元的各个参数，产生出对称的三角波信号，在寄存器CMPRl和ACTRl中分别设置阈值和比较输出方式，设定的阈值实时与三角波信号比较，得到相应占空比的PWM信号。
图2所示是PWM比较产生的原理，如图所示．ACTRl设置为高电平有效，即在寄存器CMPRl中设置阈值小于三角波的值时输出为无效的低电平。当阈值大于三角波的值时，输出为有效的高电平。
理想的无刷直流电动机的感应电动势的计算公式是：
E=3/3πpβLrω （1）
式中：NP是通电导体数；β是永磁体产生的气隙磁通密度；L是转子铁心长度：r是转子半径：ω是转子的机械角速度。
由式（1）可以看出，感应电动势与转子的转速成正比。感应电动势E与直流电源电压U的关系为：
E=dU
式中：d为控制信号有效电平的占空比。直流电源电压恒定，可推导出转子转速与占空比d成正比，因此可以通过调整d的大小即调整PWM信号有效电平的宽度达到控制转速的目的。
由DSP产生的PWM信号根据相应寄存器设置，由于定时器1采用连续增减计数模式．故有效电平的占空比d的表达式为
d=（2T1PR-2CMPRl）／2T1PR （3）
结合式（1）和（2），在程序设计上，可以改变CMPRl的值来控制电机的转速。
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