圖1  控製器硬件框圖

   由DSP內置的PWM模塊產生六路PWM信號直接輸入IPM模塊，驅動電機。在控製算法中需要電機運行時的相電流
，由兩個電流傳感器將電流信號轉換為電壓信號輸入DSP內置的AD模塊，該ADmokuaiyoulianggedulidezhuanhuanqi，keyibaozhengcaijidaodexiangdianliushitongshide。dianjidezhuansuheweizhideceliangyouwaizhideguangdianbianmaqiwancheng
，youbianmaqichanshengdeliangluzhengjiaoxinhaoshuruDSP內置的正交編碼模塊，就可由DSP計算電機的轉速和位置。人機接口通過DSP內置的SCI、SPI和CAN現場總線模塊完成對電機各種參數的設定，同時監視電機的運行狀況。
2.2  電流環的設計
   在直流無刷電機控製係統中

，為了得到較好的控製性能
，很多的控製算法如矢量控製等都需要知道電機定子的三相相電流。
   電流環主要是完成DSP對電機相電流的檢測，隻需要采集兩相的電流根據KCL電流定理就可以知道三相的電流了。所采用電流傳感器為LEM（萊姆）公司的LTS6-NP，其為霍爾型電流傳感器，采用單極供電
，具有出色的精度
、良好的線性度、低溫漂和反應時間快等特點
，測量範圍靈活，可配置為從-3A～+3A
、-6A～+6A和-19.2A～+19.2A，非常適用於電機的電流檢測。以最後一種配置為例，其輸出電壓與原邊電流曲線圖如圖2所示。

圖2  電流傳感器輸入輸出曲線圖

   現(xian)在(zai)很(hen)多(duo)的(de)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)在(zai)逆(ni)變(bian)橋(qiao)的(de)下(xia)橋(qiao)臂(bi)上(shang)串(chuan)接(jie)電(dian)阻(zu)分(fen)壓(ya)作(zuo)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)，將(jiang)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)作(zuo)為(wei)采(cai)樣(yang)信(xin)號(hao)。這(zhe)種(zhong)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)和(he)便(bian)宜(yi)，但(dan)是(shi)很(hen)難(nan)做(zuo)到(dao)電(dian)阻(zu)值(zhi)穩(wen)定(ding)不(bu)變(bian)，采(cai)樣(yang)精(jing)度(du)不(bu)高(gao)，不(bu)能(neng)提(ti)供(gong)準(zhun)確(que)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)。而(er)且(qie)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)與(yu)主(zhu)電(dian)路(lu)沒(mei)有(you)隔(ge)離(li)
，萬(wan)一(yi)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)通(tong)過(guo)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)進(jin)入(ru)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)，將(jiang)危(wei)及(ji)到(dao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)。並(bing)且(qie)在(zai)有(you)些(xie)硬(ying)件(jian)條(tiao)件(jian)下(xia)，如(ru)某(mou)些(xie)IPM模塊不提供下橋臂發射極開路，就不能實現使用電阻器進行相電流的測量。因此給出通用的解決方案。
   電流傳感器輸出電壓為模擬量
，必須要將模擬量轉換為數字量
，DSP才能使用。MC56F8323帶有AD數模轉換器，其內部有兩個獨立的轉換器（許多DSP芯片是不具備的）
，轉換精度為12位
，轉換速度最快為每次同時掃描隻需要5.3µs。ADC模塊最大時鍾頻率為5MHz，每個時鍾周期為200ns。第一個采樣需要8.5個ADC時鍾，以後每個采樣需要6個ADC時鍾
，同時掃描采樣一共需要4個采樣，一共花26.5個時鍾周期，需要5.3us（26.5×200ns=5.3µs）。若采用同時掃描方式，由於內部有兩個獨立AD轉換器可以同時對兩路信號進行采樣，這就可以保證采集到的兩路相電流是同時的，且ADC采樣可以通過同步信號和PWM信號同步。
2.3  速度位置環的設計
   suduweizhihuanzaidianjikongzhizhongjuyoufeichangzhongyaodezuoyong，qijiancedaodejingquexingzhijiefanyingdaoduidianjikongzhidejingdu。sududeceliangfangfayouduozhong，rucesufadianji
、感應式轉速傳感器、霍爾轉速傳感器、guangdianshizhuansuchuanganqiyijixuanzhuanbianyaqishizhuansuchuanganqideng。danmuqiantiaosuxitongsuduheweizhifankuikongzhizhongyingyongjiaoduodehaishizengliangshiguangdianbianmaqi

，tabujinkeyijiancediandongjizhuansu，haikeyicedingdiandongjidezhuanxiangjizhuanzixiangduiyudingzideweizhi。qijiegouturutu3所示。

圖3  光電編碼器結構圖

   光電編碼器的工作原理為：在刻度盤上均勻分布一定數量的小孔
，有光透過時產生邏輯“1”信號

，沒有透光時產生邏輯“0”信號
，這樣從光敏傳感器就可以產生A、B兩路相位相差90度的正交信號。
   MC56F8323內部帶有正交編碼模塊（quadrature decoder），從編碼器輸出的正交信號輸入DSP的PHASEA腳和PHASEB腳，內部的正交編碼模塊將信號進行四倍頻
，再由位置計數器計數從而可以確定轉子的速度和位置。如果PHASEA信號的相位領先於PHASEB信號，那麼運動方向為正向，落後則為負向。其正交信號檢測時序如圖4所示。

圖4  正交信號檢測時序圖

   MC56F8323正交編碼模塊具有如下特點：PHASEA和PHASEB的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)首(shou)先(xian)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)濾(lv)波(bo)器(qi)，該(gai)濾(lv)波(bo)器(qi)可(ke)以(yi)數(shu)字(zi)延(yan)時(shi)
，可(ke)以(yi)濾(lv)除(chu)毛(mao)刺(ci)
，保(bao)證(zheng)隻(zhi)有(you)真(zhen)正(zheng)的(de)信(xin)號(hao)才(cai)進(jin)行(xing)計(ji)數(shu)。同(tong)時(shi)對(dui)於(yu)隻(zhi)用(yong)單(dan)個(ge)信(xin)號(hao)的(de)控(kong)製(zhi)，均(jun)可(ke)配(pei)置(zhi)為(wei)單(dan)個(ge)的(de)脈(mai)衝(chong)計(ji)數(shu)。
   對於一個高速轉軸編碼器
，轉軸速度可以通過計算每單位時間內位置計數器的變化值來得到。對於低速電機
，由於輸入PHASEA和PHASEByutongyongdingshiqixianglianjunkezuoweishurubuzhuoyinjiao
，keyiliyongdingshiqiceliangzhengjiaoxiangweizhijiandeshijianzhouqilaidedaogaofenbianlvdesuduceliang。dingshiqimokuailiyongyige16位的計數器
，通過對總線時鍾的分頻來計數，40MHz的總線時鍾頻率最大可以得到102ms的計數周期。對於一個1000齒的編碼器來說
，通過利用定時器測量速度可以精確測量到0.15轉每分。
2.4  IPM驅動電路設計
   IPM（智能功率模塊）驅動電路主要完成對DSP芯片產生的六路PWM信號的功率放大，驅動內部的功率管從而實現對電機的驅動。
   IRAMS16UP60A PlugNDriveTM集成電源模塊（IPM）是IR公司iMOTION集成設計平台係列的產品

，它除了將6個高壓功率晶體管和驅動芯片IR2136等電路集成在一個小型絕緣封裝外，還具有過熱、過流
、欠壓和內置死區控製防止高端IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和底端IGBT短路等保護功能，以確保操作安全以及係統可靠。此外，它還能夠由一個+15V直流電源來提供工作電壓，可以簡化其在電機驅動應用中的使用，並由此加速最終產品的開發。其典型應用電路圖如圖5所示。

圖5  IPM典型應用原理圖