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(ru)DSP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

   xianzaihenduodedianlushejizhongcaiyongzainibianqiaodexiaqiaobishangchuanjiedianzufenyazuoweichuanganqi，jiangdianzushangdedianyaxinhaozuoweicaiyangxinhao。zhezhongjiancefangfafeichangjiandanhebianyi，danshihennanzuodaodianzuzhiwendingbubian，caiyangjingdubugao，bunengtigongzhunquededianliuzhi。erqiefankuikongzhidianluyuzhudianlumeiyougeli


，wanyigonglvdianludegaodianyatongguofankuidianlujinrukongzhidianlu，jiangweijidaokongzhixitongdeanquan。bingqiezaiyouxieyingjiantiaojianxia，rumouxieIPM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
、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