一、引言

永磁无刷直流电机体积小、重量轻，它既具有类似普通直流电动机的良好调速性能，又不存在机械换向装置，电磁噪声与干扰小，维护要求低，可靠性好；而且由于不需电励磁，效率相对较高，因此得到了迅速的发展。介绍一种基于ADI公司ADSP-21992芯片的高速无刷直流电机的控制系统，该系统具有高速、大转动惯量负载，电机有较大起动转矩等特点。

二、控制系统方案

基于DSP的电机控制系统具有传统的单片机电机控制系统和专用芯片电机控制系统的优势，即专用的电机控制机制、用户可编程、扩展能力强、功能强大等；同时又克服了它们各自的缺点，如外设和存储器集成在芯片内，可减少电路板面积、减少系统中元器件个数、提高CPU处理能力、提高系统的可靠性等。系统最终的目标是应用于飞轮系统中的高速无刷直流电机，因此，对处理器的速度要求极高，从实时性能方面考虑，需要选取处理速度尽可能高的芯片。而ADI的2199x系列速度达到了160 M,再考虑到其适应恶劣工作环境的能力，在本文中，我们选择了ADSP-21992作为核心控制芯片。

（一）硬件构成（如图1所示）

1．控制电路

控制电路主要由ADSP21992及其相应的外围扩展电路构成。其中包括晶振电路，外扩FLASH，JTAG接口，电源电压转换电路，PWM接口，1/0接口以及A/D接口等电路模块构成。ADSP21992为160 M的高性能混合信号DSP芯片，该芯片除具有强大数据处理能力外，针对电机控制，还提供有6路PWM输出、8路14位A/D转换通道、16路通用I／0口以及3个32位专用计数单元等硬件资源。

2．功率电路

      驱动电路由二极管整流桥、滤波电容以及IGBT逆变器构成；驱动电路采用IR公司的I82130专用的MOs功率器件专用门极驱动芯片，该芯片不仅可以实现对IGBT的最优驱动，且具有完善的保护功能，可显著提高系统的集成度和可靠性；隔离部分采用高速光耦HCPL4504,起电位隔离作用。

3．转子位置及电流检测电路

由于高速电机工作电流、反电势波形畸变较为严重，因此不适合采用无位置传感器控制，为安装方便，采用体积小、安装方便的电磁霍尔传感器并安装于定子绕组端部，输出信号经分压，滤波缓冲。

电流PI调节器目的是实现电流快速、准确地跟踪给定值，故选用增量式PI调节器；速度PI调节器关系到系统的动、静态性能，故采用积分分离PI调节器。软件设计中遇到的PI调节器设计问题即比例系数kP和积分作用系数ki选取问题。系统采用系数为AD工公司标准PI程序中规定的系数（Kp= 25，Wpi＝kp／ki＝50Hz），并使用正常，为了达到系统的输入DSPI/0口。传感器LEM模块进行高频双向直流检测，并直接将电流信号相应的感应电压信号输入DSP A/D口进行数模转换。

（二）软件策略

本系统软件由主程序和中断服务程序构成。主程序主要完成系统的初始化，包括各寄存器、变量的初始化以及外部器件的初始化以及检测I/O口状态。中断服务程序主要有PWM同步中断服务程序，每次电流采样A/D转换结束后产生中断。软件流程如图2所示。最优化，系数的选取有待进一步的实验与研究。

三、系统调试结果

调试过程中，用四通道示波器和电流钳形表对控制系统的电压电流波形进行了记录测量，并进行了分析。本控制系统所采用的试验样机是一台摩托车用起动/发电机，电机参数如表1所示，电机类型：无刷直流电机（BLDCM）

（一）霍尔信号波形（如图3所示）

霍尔信号周期为5ms，基本上为占空比为50％的矩形波，也就是说在一对极下霍尔元件导通180°的电角度，与前面的理论推理相符。由此还可以推算出电机的转速，根据电机的极对数p= 6，一个周期为60°机械角度，则转速为：

表所测得的转速为2003 r/min,基本符合。

（二）电机全压方式下实验结果

全压方式即使能的PWM通道输出的电平为高电平或低电平，相当于占空比为100或0％。

1．电流波形

图4为负载情况下的所测得的相电流和直流母线电流波形。图中可以看出，电机电感的影响比较明显，换相时电流波形中有尖峰，跟理论上的矩形波有一定区别。母线电流基本成水平状，有纹波是由于换相造成系统不稳定和堵转不均匀所引起的，电流大小由示波器以及钳形表参数（100 mV/A）可知大致为2A。

2．电压波形

图5所示为空载和负载（堵转情况）时所测得的相电压波形图。

从图中可以看出，从空载到负载，电流增加，电压换相时的毛刺也随之增多。而且随着电流的增大，管压降逐渐增大，又由于电源电压较低，导致加到电机上的电压降低较多，影响电机转矩的大小。

四、结束语

    无刷直流电机配以高性能高速实时数字控制系统器构成的调速控制装置，硬件软件化，整个系统控制相对简单、成本低、转速平稳、噪音低。实验证明该控制系统方案具有良好的控制性能，具有较好的实用价值。