摘要：介紹一種數字信號處理器(DSP)控制的無刷直流電機控制系統。利用TMS320IF2407的運動控制接口形成單片DSP控制的電機系統。采用霍爾元件檢測轉子磁極位置，形成電子換相邏輯。由pi進行速度和電流控制，用模糊邏輯進行位置控制，文中討論了模糊變量的域的選取和變域控制方法。最后給出了實驗結果和結論。
關鍵詞：無刷直流電動機；數字信號處理器；換相邏輯；模糊控制

O 引言
無刷直流電動機作為一種新型的無級變速電動機，不僅具有交流電機的體積小、重量輕、慣量小等特點，而且還有直流電動機優良的調速性能，但又沒有機械換向器的缺點，因此得到了廣泛的應用。無論在數控機床、機器人等制造加工領域，還是家用電器如洗衣機、電腦硬盤等場合都日益受到重視。以往的無刷直流電機多由單片機附加許多種接口設備構成。不僅復雜，而且速度也受到限制，難于實現從位置環到速度、電流環的全數字控制，也不方便擴展。而應用數字信號處理器(DSP)實現的電機伺服系統卻可以只用芯片DSP就可以替代單片機和各種接口，且由于DSP芯片的快速運算能力，可以實現更復雜、更智能化的算法；可以通過高速網絡接口進行系統升級和擴展；可以實現位置、速度和電流環的全數字化控制。
本文介紹使用，TI公司的TMS320IF2407DSP為控制器，組成無刷直流電機的伺服控制系統。首先介紹了元刷直流電機的原理，然后說明軟硬件設計方法，最后給出了實驗結論。

1 無刷直流電機的工作原理
無刷直流電動機基本上是一個永磁同步電動機，定子三相繞組通過交流方波，轉子為永磁體。勵磁由轉子的永磁體提供，定子的三相繞組中的交流電產生旋轉磁場。電樞磁勢和轉子磁勢共同作用產生電磁轉矩。仿照直流電機特性，如果兩個磁場始終垂直，則產生的電磁轉矩為最大。由于轉子是轉動的，其磁場方向也是旋轉的，因此必須通過控制三相定子的通電順序來改變定子磁場使其與轉子磁場基本垂直(即轉矩角為90°)。實際上，定子換相邏輯是使其轉矩角的平均值為90°。首先應知道目前轉子的位置，再根據換相要求確定三相定子的通電順序，這也就是無刷直流電動機需要轉子位置傳感器的原因。本實驗中轉子磁極位置由敷貼在定子鐵心表面的霍爾元件來檢測。
電機采用y型連接，三對橋式逆變電路驅動，工作在兩相導通三相六狀態方式。三個霍爾元件給出60°電度角位置信息，即它們互差120°脈沖寬度為180°。三個霍爾元件的組合在一個周期可給出6個狀態(另兩個狀態一般不出現)，即每60°就變換一個不同的狀態。根據傳感器狀態信息，結合換相邏輯控制，使三相定子的PWM逆變器模塊的6個功率晶體管導通或截止，就可以滿足轉矩角要求，使轉子持續獲得穩定電磁轉矩。由于任一時刻只有兩相導通，其電流大小相等，方向相反，因此可以認為其效果等同于直流電流。整體上，定子電流為方波，只要按照轉子的磁極位置進行適時的換相，就可以保持這種直流驅動的特性，又因為換向是通過電子電路或軟件而不是電刷完成，故稱其為無刷直流電動機。

2 無刷直流電機實驗控制系統構成
TI公司的TMS320IF2407是專門面向運動控制應用的數字信號處理器，其上包含了電機控制應用所需要的各個主要功能模塊。它不僅有16位定點處理器內核，更重要的是它將許多電機控制常用的接口集成到一個DSP控制器上。如擁有兩個事件管理器，其中有定時器和PWM發生器能驅動兩臺電機，編碼器檢測電路能直接與電機的編碼器連接；標準的CAN現場總線可與外界高速通訊；同步與異步串行端口SPI和SCI可與多種標準串行設備通信；通用雙向I／O通道及AD轉換接口直接采集現場數據；這些使得用DSP實現的電機控制系統簡單化、模塊化。系統硬件基本上包括一個以TMS320IF2407為處理核心的DSP板，一個配套的功率驅動板和PM50電動機。
本系統利用SCI接口與主PC機進行串行通訊；AD轉換接口用于測量電機的相電流ia、ib，PWM發生器用于產生需要的PWM信號以驅動功率模塊上的PWM逆變器；使用通用定時器產生電流和速度控制的周期；編碼器安裝在電機轉子上，用于測量電機的位置，并經過微分得到電機速度。