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AD模mo塊kuai有you兩liang個ge獨du立li的de轉zhuan換huan器qi
，可ke以yi保bao證zheng采cai集ji到dao的de相xiang電dian流liu是shi同tong時shi的de。電dian機ji的de轉zhuan速su和he位wei置zhi的de測ce量liang由you外wai置zhi的de光guang電dian編bian碼ma器qi完wan成cheng，由you編bian碼ma器qi產chan生sheng的de兩liang路lu正zheng交jiao信xin號hao輸shu入ruDSP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xieIPM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
   速su度du位wei置zhi環huan在zai電dian機ji控kong製zhi中zhong具ju有you非fei常chang重zhong要yao的de作zuo用yong
，其qi檢jian測ce到dao的de精jing確que性xing直zhi接jie反fan應ying到dao對dui電dian機ji控kong製zhi的de精jing度du。速su度du的de測ce量liang方fang法fa有you多duo種zhong，如ru測ce速su發fa電dian機ji、感應式轉速傳感器、霍爾轉速傳感器、光(guang)電(dian)式(shi)轉(zhuan)速(su)傳(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)及(ji)旋(xuan)轉(zhuan)變(bian)壓(ya)器(qi)式(shi)轉(zhuan)速(su)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)。但(dan)目(mu)前(qian)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)速(su)度(du)和(he)位(wei)置(zhi)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)中(zhong)應(ying)用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)還(hai)是(shi)增(zeng)量(liang)式(shi)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)
，它(ta)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)

，還(hai)可(ke)以(yi)測(ce)定(ding)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)轉(zhuan)向(xiang)及(ji)轉(zhuan)子(zi)相(xiang)對(dui)於(yu)定(ding)子(zi)的(de)位(wei)置(zhi)。其(qi)結(jie)構(gou)圖(tu)如(ru)圖(tu)3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