杨敏如
东昌电机（深圳有限公司）
摘要：随着我国电子电力技术的快速发展，永磁材料也得到了质的飞跃，基于现代控制理论的微处理技术有了巨大的发展，直流无刷电机拥有更长的使用寿命，并且运作效率更高，噪声也相对较小，在我国的航空、汽车、家电等诸多领域中有着广泛的应用。本文主要围绕直流无刷电机控制技术的组成结构，直流无刷电机的工作原理进行分析，探讨基于DSP的直流无刷电机数字控制系统的设计方式，从而推动我国相关技术行业的不断发展
关键词：DSP；直流无刷；数字控制；系统设计
一、直流无刷电机的组成结构
直流无刷电机的结构，通常是由电机本体、位置传感器、开关三部分构成。其中位置传感器通常代表获取转子位置信号的仪器，当绕组通电时，通过该元件的电流就会产生相应的磁场，在相互作用下，形成电磁转矩驱动电机的转子进行旋转。由转子位置感应器检测到钻子磁铁的相应位置，根据位置信号控制电子开关进行相应的工作，定子电流随着转子位置变化产生一定的变化，线路的通道次序也在随之变化，控制着电机的换向。
（一）电动机本体
在永磁无刷直流电机的结构中，电动机本体与永磁同步电机结构相似，其中定子绕组通常是多相绕组。因为单一绕组的转矩波动通常比较大，因此采用多相绕组结构来保证电机转动的稳定性，转子永磁钢根据一定的绕组排布而实现相应的功能，如果将用磁钢直接安装在转轴上，磁体就需要安装在磁铁心里。永磁无刷电机有着良好的性能，被广泛应用于各种驱动设备中。
（二）电子开关线路
在直流无刷电机中，电磁开关线路通常是用来控制系统中电动机定子绕组的通电情况。开关线路是由逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分构成。逻辑开关是电子开关线路的核心，它主要功能是实现电源功率的转换和检测。保证电动机能够持续不断的运转。
（三）位置传感器
在直流无刷电机的结构中，位置传感器是非常重要的一个部件，它对磁钢位置进行实时的跟踪，位置传感器通常跟电动机的转轴相连，位置传感器能将磁钢的物理信号转变成电信号，用来控制电磁开关的通畅。根据工作原理的不同，位置传感器也有着不同的模式，通常有电子式，光电式和磁敏式三种模式
二、直流无刷电机的工作原理
通常情况下，永磁式直流无刷电机的定子是由磁钢组成的，它的主要作用是在电机中形成一定的磁场，电机的电枢绕组在通电之后会产生相应的反应磁场，在无刷电机的工作过程中，会进行一定的换向作用，使得电机内部的两个磁场方向在直流电机运行过程中能够保持互相垂直，从而保证直流无刷电机能够进行平稳的运转，在直流无刷电机的工作过程中，电刷能够有效的引导电流的流通，并且在电机电磁导体中，使经过的电磁位置产生相应的信号电流，由于电流能够改变无刷电机的工作方向，因此直流无刷电机的电刷位置，也决定着电机电流交换的位置。通常情况下。直流电机电刷对电流的换向起着监测的作用，直流无刷电机跟直流有刷电机相比，两者的工作原理有着明显的区别。
直流无刷电机。转子通常采用实体的激励作用，产生相应的激励磁常由于转子电枢的组合方式存在一定的限制，因此定子电枢绕组产生的磁场位置也比较有限，直流无刷电机产生的磁场通常是跳跃式的，这种磁场需要与转子磁场保持同步。如果定子磁场跟转子磁场的角度保持在90度左右的范围，那就是电磁激励磁常它们之间能够产生平稳的电磁磁矩。如果定子磁场相对于转子磁场始终是滞后90度角度左右的范围，那么电磁激励磁场产生是负电磁场，两者之间存在方向性的差异。无刷直流电机的电枢绕组，有三项飞桥式星型接法，三相封闭桥式接法和三相桥式星型接法三种方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据使用效果不同，设计者应当采用相应的电驱绕组方式。
三、基于DSP的直流无刷电机数字控制系统设计
（一）软件功能设计
在DSP系统中，设计者需要利用该软件的调试、编辑、仿真、监控功能，设计出满足直流无刷电机数字控制需要的系统程序。对项目的管理通常采用工程管理模式。通过C语言和其他汇编语言，进行系统的编程。其中CCS包含大量的编辑工具和代码输入工具，在具体的程序运行过程中，设计者可以根据实际的运行情况随时进行调整和修改，有着非常方便的使用效果。CCS的关键部分主要包括，带有CodeMaestroTM的技术编译环境、C++编译器和相关的封装优化器、DSP/BIOSTM、RTOxTM和指令模拟器等。
在进行DSP控制系统的编译过程中，首先需要进行程序的编译，利用C语言来进行代码的编写，将其中的程序部分转化为TMS320F2812的汇编语言，最终生成目标文件。然后将目标文件、命令文件、库文件以及头文件传送到链接器进行链接，链接器会自动搜索相应的.h文件，剩余部分的文件需要设计者加载到工程文件中。将.out文件添加到调试器中，利用PC的相关软件，进行系统的调试。在进行代码转换的过程中，设计者需要将代码写入相应的程序输入界面，为了实现程序编辑的标准化，通常会采用COFF的通用格式进行编写，这种格式有利于实现模块化编程，在后期的代码管理过程中，修改起来也比较灵活。最后设计者需要对软件进行测试，将设计好的软件拷贝到相应的目标系统中，进行独立运行。如果发现运行过程中出现问题，设计者需要及时修改，直到软件能够成功运行。
（二）DSP控制系统的设计
设计者对直流无刷电机的DSP数字控制系统的设计过程中，应当注意系统能够实现有、无位置传感器的电机启动，对转子位置进行实时的检测，并且能够随时调节系统的运行速度。
利用DSP的内置模拟转换模块，将电流的反馈模拟量实时转换成数值量，通过ADC控制寄存器的功能，将事件管理器和最大转换通道寄存器进行参数的修改。在软件的变量设置中，需要对系统的变量寄存器和临时寄存器进行初始赋值，将其中的PID调解比例、PI、微分、积分等参数进行设置。同时为了有效的利用资源，接收和发送分别采用中断和查询方式进行，具体由下位机每隔一定的时间查询串行口的状态寄存器，若发送寄存器为空，则将数据写入发送寄存器，否则 不发送数据。
（三）软件抗干扰设计
在系统中充分挖掘软件的抗干扰能力可以将干扰的影响降到最校软件抗干扰设计主要是消除模拟输入信号的噪声，在程序运行混乱时，使程序重新正常运行。数字滤波技术可以有效地消除模拟输入信号的噪声。数字滤波技术有中值滤波、术平均值滤波、权平均值滤波等。指令冗余采用中断方式，当接收寄存器满载的时候，读取数据。以上介绍了无刷直流电机的速度控制系统硬件和软件设计的方法和部分程序，该控制系统能够较好的实现无刷直流电机的速度控制，并具有很好的稳定性。
四、结语
基于DSP的直流无刷电机数字控制系统设计对完善电机的研发工作有着重要的意义。设计者需要根据直流无刷电机的工作原理和特点进行分析，通过DSP系统的相关功能，进行设计。基于DSP的直流无刷电机的数字控制系统设计主要分为软件功能、控制系统设计和软件抗干扰设计，只有优化每个部分的设计工作，才能保证DSP控制系统能够正常运行。
参考文献：
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[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统 [M] .北京:机械工业出版社, 2017
[3] 李钟明,刘卫国,刘景林等.稀土永磁电机 [M] .北京:国防工业出版社, 2018 , 41-145
论文作者:杨敏如
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/19
标签：无刷电机论文; 绕组论文; 磁场论文; 位置论文; 永磁论文; 转子论文; 控制系统论文; 《中国西部科技》2019年第12期论文;