高精度無刷直流電機伺服控制系統的設計與仿真

本系統主要由輔助電源、控制器及外圍電路、電動機驅動電路、檢測電路和系統保護電路等幾部分組成。無刷直流電動機的淵速原理為：TMS320F2812控制器通過捕獲單元捕捉無刷直流電動機轉子位置傳感器HALL1、HALL2、HALL3高速脈沖信號，檢測轉子轉動位置，并根據轉子的位置發(fā)出相應的指令改變PWM信號的當前值，進而改變直流電機驅動電路(三相橋式逆變電路IGBT)中功率管的導通順序，實現電機轉速和轉動方向的控制。
下面重點介紹系統中的轉子位置檢測電路、相電流檢測電路、驅動電路、系統保護電路等。
2．1 轉子位置檢測電路
本設計方案中，位置檢測環(huán)節(jié)采用了3個位置間隔120°分布的霍爾傳感器，由霍爾器件所輸出的轉子位置脈沖信號送到功率變換電路后，經處理后送入DSP的CAP單元，DSP通過讀取霍爾元件的狀態(tài)值，來確定轉子的當前位置，再通過改變PWM的占空比改變MOSFET管的導通順序，改變IGBT的導通順序，實現電機的換相和電機轉速的調節(jié)。

霍爾位置傳感器輸出的信號先由阻容濾波電路處理，然后冉經過六路施密特觸發(fā)反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP單元進行處理計算。由于霍爾位置傳感器輸出為5V電平信號，為了與DSP的3．3V電平相匹配，需要進行電平邏輯轉換，在此通過施密特觸發(fā)器輸出端串聯匹配電阻的方法來實現。三相霍爾位置檢測電路如圖4所示。
2．2 相電流檢測電路
在對電路中電流信號進行檢測時，由于霍爾元件輸出的電流較小，故采用在直流側母線中串采樣小電阻的方法，先將電流信號轉化為電壓信號，然后再經過放大隔離處理后送入模數轉換器A／D。其中光耦隔離器件選擇的是6N137。電流檢測電路圖如圖5所示。

其中R22(0．05Ω／3W)為直流側母線端的采樣電阻，首先將電阻兩端的壓降信號經過阻容濾波電路濾波，然后經過運算放大器放大，以滿足TMS320F2812中A／D轉換單元的采樣范圍(0～3V)的要求。電路中采用了單路高精度雙極性運算放大器OP07。圖中的二極管D6起穩(wěn)壓保護作用，確保AD0的輸入電壓存0～3V的范圍內，另外，通過光藕合器6N137將干擾路徑切斷，減小噪聲的干擾。