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利用
DSP
控制直流无刷电机
< br>
摘
要
：介绍
了一种利用双口
RAM
实现
DSP
与单片机高速数据通信的方法，给出了它们之间的接
口电路以及软件
实现方案。
直流无刷电机实际属于永磁同步电机，一般转子为永磁材料，随定子磁场同步转动。这种
电机结构简单，而且由于移去了物理电刷，使得电磁性能可
*
，维护简单，从而被广泛应用于办
公自动化、家电等领域。直流无刷电机运行过程要进
行两种控制，一种是转速控制，也即控制
提供给定子线圈的电流；另一种是换相控制，在
转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子
磁场改变，这种控制实际上实现了物理电刷
的机制。因此这种电机需要有位置反馈机制，比如
霍尔元件、光电码盘，或者利用梯形反
电动势特点进行反电动势过零检测等。利用光电编码器
的系统在软件实现上更方便。电机
速度控制也是根据位置反馈信号，计算出转子速度，再利用
PI
或
PID
等控制方法，实时调整
PWM
占空比等来实现定子电流调节。因此，控制芯片要进行较
多的计
算过程。当然也有专门的直流无刷电机控制芯片；但一般来说，在大多数应用中，除了
电
机控制，总还需要做一些其他的控制和通信等事情，所以，选用带
PWM
，同时又有较强数学
运算功能的芯片也是一种很好的选择。
Motorola
的数字信号处理器
DSP568xx
系列整合了通用
数字信号处理器快速运算功能和单片机外围丰富的特
点，使得该系列特别适合于那些要求有较
强的数据处理能力，同时又要有较多控制功能的
应用中，对直流无刷电机的控制就是这一系列
DSP
的典型应用
之一。
直流无刷电机结构和连接
三相直流无刷电机采用二二导通、三相六状态
PWM
调制方式。电机定子绕组轴向示意图如
图
1
所示。
当电流从
A
到
B
时，定子绕组产生的磁场为图<
/p>
1
中
A
－
B
方向，如果电机顺时针运行，此
时，永磁转
子磁场应位于
III
区，产生的扭矩最大。当转子转过
III
区和
IV
区的交
界，到达
IV
区时，定子绕组电流应相应改变成为从
A
到
C
，即产生的磁场成
为图
1
中
A
－
C
方向。
这样，定子磁场总超前转子磁场约
90°，使转子不断的向前跟进。实现这个过程的关键是
取得转
子位置，积分编码器就起这个作用，如它的三路输出：
PHASEA
、
PHASEB
、
PHASEC<
/p>
，在转
子分别位于图
1
< br>中的
I
到
VI
< br>各区时，输出信号相应为：
011
、
001
、
101
、
100
、
110
、
010
。这
样，通过捕捉积分编码器任一路输出上
的跳变沿，读取跳变沿后的积分编码器输出状态，就可
以确定转子的新位置，实现定子绕
组电流换向。同时，利用定时器检测两次换向之间的时间间
隔，计算出电机运行的速度，
再通过调整
PWM
信号的占空比，调整定子电流，实现调速。<
/p>
DSP568xx
中使用到的主要模块
在
Mot
orola
的
DSP568xx
系列数
字信号处理器的软件开发包中，给出了一个利用上述思路
对直流无刷电机控制的应用程序
：
bldc_sensors
。主要用到了
DSP
的脉宽调制
PWM
模块、定
时
器模块、相位检测器
DECODER
模块。
PWM
模块共有六路输出，分别用来控制三相的顶底共六个功率
管。
模
块可以被配置成互补通道模式，即
PWM0
与
< br>PWM1
为一对互补对，共三对互补对，如图
2
所示。互补对内的两个信号可以在芯片内部被互相交换，如图
2
中
C
相所示；也可以同时被屏
< br>蔽，使得输出全为
0
，该相就关断，如图
2
中
A
相所示。
< br>定时器模块是最普通的外设，在这个应用中，使用了
5
个
定时器模块，它们分别是
A0
、
A1<
/p>
、
A2
、
A3<
/p>
和
D0
。前
3<
/p>
个分别接积分编码器的一路输出，利用它们的输入捕捉功能，产生中
断，在中断子程序内检测新的积分编码器输出状态，实现换相。
A3
< br>接的也是积分编码器的一路
输出，它用来测量某路霍尔信号两个跳变沿间的时间间
隔，计算转子速度。
D0
用来产生
20
ms
间隔的节拍，周期性的对系统状态进行转换和检测。
相位检
测器
DECODER
模块对于电机控制非常有用，它不仅能用于
本文所说的六状态积分编
码器，还能用于转子每转一圈产生相当多数目脉冲的积分编码器
。该模块框图如图
3
所示。
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