DSP在电机控制系统中的应用

前言：随着科技快速发展，各设备技术更新较快，为了保证控制系统的高效运行，就必须及时更新dsp控制的硬件。此外控制系统中信号检测是必不可少的，尤其是在闭环控制系统中，状态信息的检测也十分重要，我们必须严格按照工作要求，认真做好信号检测，及时发现、解决问题。

关键词：DSP；电机控制；应用

中图分类号：B819 文献标识码： A

摘要：论文结合自己实际工作，通过对DSP的电动机控制系统的发展历程、类型，以及常见问题进行了深入探讨，以期为从事电动机控制系统研发和应用的工程师、高校相关专业的师生提供参考和借鉴。

一、DSP的电机控制系统概述

DSP是一种专用的综合性的微处理器，能够告诉输入和输出数据，其是专门处理以运算为主的信号处理应用系统。90年代DSP揭开了计算机、消费类、通信、军事、汽车等电子市场的新纪元，在这些技术高速发展的同时，又反过来促进了数字信号处理器技术的发展。

常见的数字式闭环电机饲服控制系统原理较为简单，该系统一般由电机、DSP、驱动放大电路、光盘编码器等组成。当DSP接受主机发出的参考输入时（转动角速度及方向），将数据转换为PWM输出，经过驱动放大送给电机，进而产生输出。再通过编码器来检测电机的转动方向和角度，反馈回DSP系统，形成闭环控制，进而达到有效地控制运动精度。

二、电机DSP控制系统有如下优越性：

1、DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。

2、简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。

3、DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。

4、通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。

三、 电机DSP控制中存在的问题

目前，电机控制系统根据控制电路元器件构成分为模拟电路、模拟数字混合电路以及全数字电路。以数字控制为主导的电机控制系统成为电机控制系统发展的主流，基于DSP的电机控制系统存在的问题可以归纳如下：

电机控制系统结构是不可忽视的问题。在实际工作中，电动机主要是负责拖动负载实现位置伺候、调节速度、控制转矩或力。系统工作时，通过控制机械运动，通过传感器，获得位置误差信号。因此，如何检测电机转子位置、电压和电流信号，进而观测电机内部的磁场变化成为问题的关键。根据电机产生的电磁转矩大小可以有效实现电机电磁转矩的控制。

四、基于DSP的电机控制系统的应用研究

4.1 基于DSP的电机控制系统串行通信设计

在电机控制系统中。通过上位机客户端设置电机的运行参数，并且被控电机将各种运行状态信息实时地传给远程控制端客户。采用串行通信设计的电机控制系统连线少，成本低，简单可靠，得到广泛应用。韩芝侠等分析数字信号处理芯片TMS320LF2407A DSP串行外设接口SPI和串行通信接口SCI模块。他们通过SCI串行通讯接口连接DSP控制器与PC机，控制人员使用数码显示驱动电路确定电机的转速、温度等信息，利用SPI同步串行口来实现了DSP与设备的通信。该电机控制系统，系统软件及通讯协议设计通过初始化设置所需操作参数，设置发送和接收波特率及中断方式等。

4.2 基于DSP的多电机控制系统

在生产和制造过程中经常会遇到多电机控制问题，采用“一对一”方式的DSP控制器、逆变器和电机的方式增加了系统成本和复杂性，降低了系统的稳定性和可靠性。贺洪江等针对这一问题，提出一种基于DSP的多电机控制系统的设计，通过SVPWM 方法实现对2台电机的变频调速控制，使用1片DSP芯片实现了对2台异步电机的控制，并给出了系统主要硬件电路和软件的实现方法。该系统以DSP芯片为核心，通过外部电路协调控制2台电机。电压、电流及电机转速信号经DSP通过调速控制算法转变为控制信号，传送至逆变器控制电机转速，实现了对两台电机的启动/停止、转向和调速等控制，也能实现过流保护、过压保护、欠压保护等功能。此外，该设计方案的控制系统降低了硬件成本，显著提高了系统的可靠性，具有良好的使用价值与应用前景。

4.3 基于DSP的平面电机控制系统设计

平面电机由一个齿状结构的定子和一个带位置传感器的动子组成，具有结构简单、速度高、稳定性强、控制精度高等特点，还有偏航控制、自动校正、误差补偿、停滞检测等独特功能。李晓飞等设计了基于DSP的平面电机控制系统。其控制系统由平面电机、控制器模块、位置反馈模块、电源模块、驱动模块以及人机交互界面组成，采用高集成度的运动卡实现平面电机三自由度同步控制，完成采集电流信号、AD校正参考电压、位置信号、输出PMW信号、数字滤波、位置伺候控制等。该系统的控制软件由DSP实现，具备远点归位、主轴控制、状态管理、状态采集等功能。平面电机易以Y轴点对点方式运动进行精度测试，系统运行稳定，达到系统各项指标。该设计系统采用一块DSP芯片实现了平面电机的二维控制，系统结构简化、电路简单、开发成本低。

4.4 基于DSP的直流无刷电机控制系统

直流无刷电机兼具直流电机和交流电机的优势，调速性能好、结构简单、控制容易、运行效率高等。王延奇等对基于DSP的直流无刷电机控制系统做了深入研究。他们根据自整定模糊-PID控制器，建立了基于自整定模糊-PID控制器的直流无刷电机的控制系统仿真模型，并对该系统的起动、运行、突减负载、突加负载等过程做了仿真研究。该系统硬件部分包含DSP接口电路、三相逆变电路、功率驱动电路、逻辑控制电路及保护电路等主要设计。该系统响应平稳、快速，具有理想的反电动势波曲线。

结语：随着微电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性大幅度提高，控制系统逐渐发展为以单片机为核心的全数字化控制系统。数字信号处理器（DSP）芯片的交流电机控制系统比较复杂，存储数据量大，实时处理能力强。该系统可以是吸纳高性能复杂算法，将系统控制、故障监视、人机交互界面以及诊断和保护等功能集为一体。本文首先介绍了电机控制系统，指出其优越性及不足；然后归纳总结了电机DSP控制系统中的问题，希望可以对业界人士有所帮助。

参考文献：

[1]刘鼎.基于DSP的永磁无刷直流电机模糊控制系统的研究与实现[D].湖南大学.2010

[2]韩芝侠，杜新虎.基于DSP的电机控制系统串行通信设计[J].机械与电子，2008.