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基于DSP的双电动机同步控制平台设计解析
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2017-11-21
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长期以来，电动机作为机械能和电能的转换装置，在各个领域得到了广泛应用。无刷直流电动机综合了直流电动机和交流电动机的优点，既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的特点，又具有直流电动机运行效率高、调速性能好的优点。正是这些优点使得无刷直流电动机在当今国民经济的很多领域得到了广泛的应用。无刷直流电动机采用电子换向装置，根据位置传感器检测到的位置信号，通过DSP（数字信号处理器）产生一定的逻辑控制PWM波形来驱动电动机，实现无刷直流电动机的平稳运转。近年来，随着工业的快速发展，对产品性能的要求也在逐年提高。对于现代某些产品，单单控制一台电动机已经不能满足需求了，需要同时控制多台电动机协调有序地工作才能满足功能需要。
设计以TI公司的TMS320F28335作为处理器，采用驱动芯片和MOSFET的形式驱动两台无刷直流电动机。在完成硬件设计的基础上，根据软件设计的不同控制方式，可以同步或者按照某一规律驱动电动机运转。
1 双电动机同步控制系统
控制对象为两台三相直流无刷电动机，额定功率为3 kW，额定转速为1 500 r/min，主要用在需要同步行走的场合，控制两台电动机同步行走。
直流无刷电动机的控制系统主要由控制部分、驱动及逆变电路部分、转子位置检测及电流采样电路构成。其中，以TMS320F28335为核心的控制部分负责控制运算、模拟采样等任务；驱动电路将控制电路输出的弱电信号进行功率放大，输出具有一定驱动能力的强电信号去控制逆变电路的开关管工作，实现将直流电逆变转换供给电动机，达到对电动机的控制目的；位置检测部分检测电动机转子信号，并送给控制部分处理；电流采样部分完成对直流电源母线电流的检测。整个系统外围器件少，减小了设计难度，采用高性能传感器检测，提高了系统的精度。
2 控制系统硬件设计
2.1 系统的电源设计
TMS320F28335不同的外设需要的电压不同，内核电压1.8 V，I/O电压3.3 V；上电次序也要求I/O电压先于内核电压，因此需要设计满足控制系统需求的电源。选用TI公司的TPS767D318作为电源芯片，将输入的5 V电压转换成3.3 V和1.8 V，作为DSP的电源输入；而无刷直流电动机的电压为24 V，相应的驱动芯片电压选用+15 V或者-15 V，这样利用DC/DC模块将5 V电压转换成+15 V或者-15 V作为驱动芯片的电源。这样，整个系统只需要供应5 V和24 V的电压就能满足需求。TPS767D318的外围电路如图1所示。
图1 TPS767D318的外围电路
设计以TI公司的TMS320F28335作为处理器，采用驱动芯片和MOSFET的形式驱动两台无刷直流电动机。在完成硬件设计的基础上，根据软件设计的不同控制方式，可以同步或者按照某一规律驱动电动机运转。
1 双电动机同步控制系统
控制对象为两台三相直流无刷电动机，额定功率为3 kW，额定转速为1 500 r/min，主要用在需要同步行走的场合，控制两台电动机同步行走。
直流无刷电动机的控制系统主要由控制部分、驱动及逆变电路部分、转子位置检测及电流采样电路构成。其中，以TMS320F28335为核心的控制部分负责控制运算、模拟采样等任务；驱动电路将控制电路输出的弱电信号进行功率放大，输出具有一定驱动能力的强电信号去控制逆变电路的开关管工作，实现将直流电逆变转换供给电动机，达到对电动机的控制目的；位置检测部分检测电动机转子信号，并送给控制部分处理；电流采样部分完成对直流电源母线电流的检测。整个系统外围器件少，减小了设计难度，采用高性能传感器检测，提高了系统的精度。
2 控制系统硬件设计
2.1 系统的电源设计
TMS320F28335不同的外设需要的电压不同，内核电压1.8 V，I/O电压3.3 V；上电次序也要求I/O电压先于内核电压，因此需要设计满足控制系统需求的电源。选用TI公司的TPS767D318作为电源芯片，将输入的5 V电压转换成3.3 V和1.8 V，作为DSP的电源输入；而无刷直流电动机的电压为24 V，相应的驱动芯片电压选用+15 V或者-15 V，这样利用DC/DC模块将5 V电压转换成+15 V或者-15 V作为驱动芯片的电源。这样，整个系统只需要供应5 V和24 V的电压就能满足需求。TPS767D318的外围电路如图1所示。
图1 TPS767D318的外围电路
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