基于DSP的直流无刷电机控制
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摘 要：直流无刷电机可以具有更快的转速，能够实现很多机械高速运转的需求，并且利用DSP进行直流无刷电机的控制是非常具有市场意义的。软件可以更快捷的进行系统的优化和更新，开启更多的研发功能，运用Nios内核进行数据的处理，并且自主的设计霍尔元件驱动直流无刷电机转子内核，得出直流无刷电机转子的电流角度。运用DSP可以同时对多路数据进行记录和分析，具有更高的处理效率，而且方便控制系统能够实现模块化，方便后期设备的维修和调整，可以很好的实现直流无刷电机的调节和控制。
关键词：DSP;直流：无刷直流无刷电机;控制
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.106
1 引言
直流无刷电机的优点非常多，与传统的交流直流无刷电机相比，直流无刷电机的速度更高，并且拥有很高的电能转化效率，并且有着更高的热容量，可以承受更高的温度。除此之外，直流无刷电机的工作噪音比较小，而且在体积上进行了缩小，重量更低，非常便于携带，相关的技术人员也方便进行维修工作。目前直流无刷电机普遍采用的是单片机进行控制，但是这种控制方式已经逐渐的落伍，随着科学技术的发展，DSP也逐步在直流无刷电机中开始使用，可以根据相关技术人员编写的算法来合理的进行功能的更改，灵活的调配电路资源，处理和响应的速度都非常高。
2 直流无刷电机控制系统硬件构造和发展问题
直流无刷电机控制系统主要是由DSP芯片、直流无刷电机驱动芯片、以及直流交流转化芯片和霍尔传感器组成，驱动芯片要根据实际的需要选择不同的厂商生产的芯片，在直流无刷电机工作的过程中，可以采用DSP的输出将PWM信号进行放大，从而通过驱动直流无刷电机对相关的直流无刷电机设备进行调动。直流无刷电机的内部实现了各种控制原件的集成，在直流无刷电机的转子开始转动时，霍尔元件会产生不同频率的脉冲，DSP芯片对这些脉冲进行采集，输入到控制端中来进行电路转速的调节和控制。DSP可以通过相关的脉冲数据对直流无刷电机转子的位置进行判定，对其实现设备转速的控制。
2.1 Nios内核程序设计
Nios内核具有很多的处理功能，主要包括直流交流采样处理、直流无刷电机的自身保护功能以及直流无刷电机位置转动的控制功能。位于双闭环控制电路中，直流无刷电机转子的位置通过直流与交流采样来确定，通过霍尔元件对电流数据进行解码可以得出直流无刷电机的转动电位角度，并且通过角度值来确定直流无刷电机的位置反馈，从而实现直流无刷电机转子的电流给定。
2.2 霍尔解码器的设计
霍尔传感器具有5路信号，通过这5路信号来对直流无刷电机转子的位置进行判断和控制。当直流无刷电机在正常转动时，1路信号比2路信号会提前一个频段，在直流无刷电机进行反转的过程中，1路信号会相较于2路信号落后一个频段，这样就可以根据电信号的频段来确定直流无刷电机转子的转动方向。为了得出直流无刷电机转子的电角度，还需要增设一个计数器，通过计数器来记录频段的超越或者落后次數，这样可以根据计数器的数据来判断直流无刷电机转子的转向次数，进而求出直流无刷电机转子的转动角度。
2.3 直流无刷电机驱动核心设计
直流无刷电机控制系统是根据磁场的相关知识来实现直流无刷电机转子的定位功能，这种控制系统已经得到了工业行业的普遍运用，并且效果良好。通过直流无刷电机转子的不同位置来确定直角坐标系，并且运用三相电路交换机来实现不同电路的电流转化功能，并且对不同路的电流进行矢量的控制，并且利用相关的算法将旋转坐标变化到三相电路中，这样可以实现对直流无刷电机的矢量控制功能。直流无刷电机的驱动核心配置了5个寄存器，分别根据电路的电流来进行直流无刷电机的控制，直流无刷电机的转子角度根据霍尔元件的相关参数来获取，其中用到了很多的控制模块，并且要根据每个模块的算法来计算相应的数据参数，从而完成数据建模，接着利用HDL语言来编写生成HDL代码，从而可以成功的对直流无刷电机进行驱动和控制。
2.4 直流无刷电机发展面临的问题
在当前的直流无刷电机市场中，由于直流无刷电机是一个新型的发展方向，所以针对这一项技术的专业人才不能够满足该行业的需求。相关的机械专业院校应当培养直流无刷电机方向的人才，但是由于该行业和机械专业院校之间的交流和沟通不足，院校对于该行业的需求并不清楚，该行业对于机械专业院校培养的学生需要再次培训。为了解决这个问题，该行业应当和学校建立良好的互动和沟通，以便学校可以在培养学生的过程中做到相应的引导，从而逐步满足市场的需求，弥补直流无刷电机领域专业人才的不足。
为了适应该行业的迅速发展，该行业需要大量的相关专业技术人才，机械专业院校应当适当调整现在的培养模式，将教学内容与实际应用相结合，与该行业的实践相结合，培养一批实用性的人才，可以直接满足该行业对于直流无刷电机发展的需求。
3 结束语
本文针对直流无刷电机的主要结构进行了介绍，并且针对DSP在直流无刷电机中的运用进行了分析，运用Quartus开发软件进行硬软件统一开始设计。DSP运用Nios内核进行系统的可控制运行，在Nios内核中进行数据的采集与核对工作，并且利用上位机进行数据之间的互联通信，从而可以做到直流无刷电机的控制。利用DSP的优点有很多，与传统的交流直流无刷电机相比，直流无刷电机的速度更高，并且拥有很高的电能转化效率，并且有着更高的热容量，可以承受更高的温度，直流无刷电机运用DSP进行控制在未来会得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]王梦莲.基于DSP的二自由度关节直流无刷电机控制系统开发[D].中国科学技术大学，2018.
[2]徐志勇，苏文瑾.直流无刷电机控制系统[J].科技视界，2016（14）：137.
[3]徐坤，周子昂，吴定允.基于DSP直流无刷电机控制系统的设计与实现[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2016，29（02）：249-252.
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