基于DSP的无刷直流电机控制系统在煤矿机车中的应用

1、Science&TechnologyVision机械与电子科技视界2012年03月第07期基于DSP的无刷直流电机控制系统在煤矿机车中的应用秦显远1郑本海2王金鹏3（1.兖矿贵州能化有限公司贵州贵阳550022；2.兖矿贵州五轮山煤业有限公司贵州毕节553309；3.中国矿业大学江苏徐州221000）【摘要】无刷直流电机因为安装位置传感器而增加了电机的成本和体积，本文设计了一种反电势过零检测方法检测电机转子的位置信息，解决了因为位置传感器带来的诸多不利的影响。DigitalSignalProcessor（DSP）具有强大的计算处理能力和逻辑控制功能，因此，DSP在煤矿电机控制用的应用越来越广泛

2、。本文基于TMS320F2812，设计了无刷直流电机的全数字控制系统的硬件部分和软件部分，实践证明该系统具有优秀的控制能力，能够满足对煤矿电机进行精确控制的任务，对提高煤矿生产智能化水平意义重大。【关键词】无刷直流电机；位置传感器；反电势法；DSP0前言无刷直流电机由于无机械电刷和换向器，克服了有刷直三相无刷直流电机，定子绕组采用星型接法，两相通电。为了便于分析，假设定子三相绕组完全对称，空间上相差流电机所带来的噪声、火花、无线电干扰等弊病。因此，电机可以设计成密闭结构，且无刷直流电机运行可靠、结构简单、性能优良，已广泛应用于交通、煤矿自动化和工业自动化等领域。随着自动控制技术和数字信号处理技

3、术的不断发展，无刷直流电机电子换向器的设计也经历了模拟控制电路、模数混合控制电路、专用集成控制电路、微处理器控制电路、数字信号处理器（DSP）控制电路等阶段。无刷直流电机的转子位置信息可以通过位置传感器检测，但位置传感器的存在带来了一系列的问题，因此无位置传感器的转子位置检测方法成为近些年研究热点。本文以反电势法实现无位置传感器的转子位置检测。由于控制算法的复杂性，DSP大大提高了运算速度，因此DSP与无刷直流电机的结合成为未来调速系统的一种必然的趋势1-2。120，定子绕组电枢反应影响忽略不计。电机气隙磁导均匀分布，且磁路不饱和，可以忽略掉涡流损耗和磁滞损耗。A、B两相导通时，无刷直流电机等

4、效电路如图1。则无刷直流电机的数学模型如下3：uAOuCOuBO=0000000000R00R00R000a00000000b000000000cii0i000000000LM00LM0pii00LM00000000000A0000B00000CieBeCeA其中UA0、UB0、UC0是定子三相绕组相电压，p是微分算子，iA、iB、iC是定子绕组相电流，R是定子绕组电阻，eA、eB、eC是定子绕组反电势。L、M是绕组自感和互感。因此，可把电磁转矩表示为：TeT1ZJd，其中T1是负载转矩，Z为电机阻尼系数，J是转动惯量。1.2无位置传感器换相检测1.1无刷直流电机的控制无刷直流电机的数学模型图

5、1无刷直流电机等效电路图图2三相反电势电压波形作者简介：秦显远（1968），男，现工作于兖矿贵州能化有限公司，主要从事矿井设备管理和矿井供配电工作。SCIENCE&TECHNOLOGYVISION科技视界129Science&TechnologyVision2012年03月第07期科技视界机械与电子无刷直流电机中三相绕组只有两相导通，通过检测未导通相反电势过零点，可以得到转子的位置信息，以此作为开关管的触发信号4-5。系统采用三相六状态PWM调制方式。三相反电势电压波形如图2。在检测中用相电压近似代替反电势，但是很多无刷直流电机没有中心点引出线，因此只能将悬空相绕组端电压与中心点电压进行比较以

6、得到绕组的反电势过零点6。DSP输出的两路PWM触发信号经过“HIN”、“LIN”引脚接入IR2110芯片进行放大，通过引脚控制“HO”、“LO”控制功率开关管的通断，中间连接限流电阻。2.2反电势检测电路设计反电势过零检测原理如图5所示。电阻R抑制干扰噪声，以便得到低压端点信号。多路开关选择不导通相绕组端点电压和虚拟中性点电压一起送到比较器，比较器完成反电动势的过零检测。当虚拟中性点电压小于不导通相端电压时，比较器输出高电平，反电动势也大于0。反电势过0，输出电平翻转。2硬件电路设计本电机控制系统是数字控制系统，硬件设计由DSP控制电路、驱动电路、信号和其他接口电路等几部分构成。硬件控制系统

7、原理框图如图3所示。当反电势检测电路检测到的端电压信号经过滤波处理后送入TMS320F2812，经过计算得到反电势的过零点，进而得到换相点，根据换相规律，程序输出PWM方波，经过驱动电路控制开关器件的通断。图5反电势过零检测电路3系统软件设计控制系统要正常工作，仅有硬件是不行的，必须还要用图3硬件控制系统原理图软件配合。软件部分由主程序、功能服务子程序及中断服务程序组成。主程序框图如图6所示。主程序完成对2.1驱动电路设计对于三相全桥逆变电路，TMS320F2812输出的PWM波TMS320F2812的初始化，初始化中断设置以及需要用到的变量。功能服务子程序主要包括换相和速度调节子程序。控制六

8、个功率开关管的通断，但是DSP芯片输出的PWM信号不足以驱动功率开关管的开关，因此在PWM信号和功率开关管控制极之间应设置驱动电路。本文采用IR2110构成驱动电路，每片芯片驱动两个功率开关管。驱动电路如图4所示。图6主程序框图4图4功率驱动电路结论目前，煤矿机车的无刷直流电机安装了（下转第174页）130科技视界SCIENCE&TECHNOLOGYVISIONScience&TechnologyVision2012年03月第07期科技视界财税科技培训，更重要的是新制度出台背景及一些内容变化理论和现实意义。对中级会计人员则应有选择地进行相关内容培训，对初级会计人员应重点培训发生变化后实务处理。

9、适量的理论联系实际，在考核方面，应在会计继续教育考核上给以鼓励；在有关会计刊物上以第一作者公开发表学术论文两篇以上；参加有关会计著书一部，本人写作字数达之万字以上者均应视同当年已接受继续教育。培训内容结束后应间隔一定时间进行必要消化和总结后再组织考试，以便于培训内容融会贯通。试前的培训以及新制度、新准则、新规范等新知识的培训。保证会计工作健康有序运行，改进继续教育培训的内容，对广大会计人员开展集中培训、试卷问答、网上宣传和教学、电台广播等多种形式继续教育活动，使不同工作岗位、不同工作时间的会计人员都有可能得到教育培训。应加强教师继续教育工作，使他们从理论、实务各方面熟悉掌握新知识、新内容，只有

10、先提高了继续教育师资的质量，才能保证会计人员继续教育的教学质量。3.4注重宣传和考核，规范外出会计管理考试是检查继续教育培训学习效果的重要手段，每一期3.2根据教学内容和教育对象，选择最合适的教学模式会计人员继续教育培训要结合实际，因人而宜。由于继培训结束，都要进行考核，合格者记入个人档案，予以认可。没有参加考试或不合格者，应继续参加下一期会计人员继续教育培训，直至考试合格为止。制定多种继续教育考核标准，适应不断变化的新情况：一是加强同外出人员的联系，鼓励他们参加国家举办的财会专业类考试和当地的会计培训，拿到培训证明后可回来参加考核；二是可以通过自学，用写学习笔记来代替继续教育培训，学习笔记要

11、求必须是手写，学习的内容应是国家新出台的会计准则和相关的业务理论知识，符合要求的可代替当年度的会计继续教育，记入其会计档案，否则须重新接受培训。这样既保证了实施会计人员继续教育的目的，又方便了外出谋职的会计人员；三是加强对继续教育工作的考核，制定考核指标和惩处办法，采用不定期随机抽查的方式，对接受继续教育的会计人员进行考核。S【参考文献】1许智杰.关于会计人员继续教育的几点思考J.经济师,2010，5.2刘文英.当前会计继续教育工作存在的问题及对策J.林业财务与会计，2009，2.续教育对象的情况各不相同，所以要建立不同的教学模式，以适应不同教育对象的需要，真正达到继续教育的目的。在教学手段上

12、，要采取传统的教师面授学习模式、电话会议学习模式、有线电视学习模式、电教录像学习模式、卫星传授电视接收学习模式、计算机为主的学习模式、网络为中心的网上教育模式等，尤其要重视“以网络为中心”的网上教育。要根据教学内容和教育对象的具体情况选择最合适的教学模式，在继续教育的组织模式上，国家即将实施的新制度、新准则、新规范宜采用强制性学习模式，对提高会计人员素质、具有前瞻性的内容可采用自愿型学习模式；在教学方式上，一般基本理论以教师讲授为主，对实务内容，尤其是实证会计的内容采取以案例教学为主；在教学内容上，以让会计人员学习和掌握会计专业知识的继续教育内容为主，同时要强调会计职业道德教育。3.3保证会计

13、工作健康有序运行，改进继续教育培训的内容严格实施培训是关键，提高教材和师资质量，会计人员继续教育培训包括会计电算化培训、内部会计控制规范培训、国有企业会计人员和大中型企业单位负责人财务会计知识培训、会计从业资格、会计专业技术资格和注册会计师考责任编辑：王洪泽（上接第130页）霍尔传感器，而传感器的存在给无刷直流电机带来了很多不利的影响。通过反电势过零检测转子位置信息，无刷直流电机不在需要安装机械位置传感器，解决了因为使用传感器带来的弊病。DSP因为具有强大的处理和计算能力，以DSP为核心的控制系统在煤矿机车控制中将会有越来愈广泛的应用。本文设计的基于TMS320F2812数字控制系统，可以应用到煤矿工程，该系统具有优秀的控制能力，能够对煤矿电机准确控制以及精确计算。S【参考文献】1褚仁林.基于DSP的电机控制系统研究D.西北工业大学，2007.2杨艳.基于DSP的无刷直流电机数字控制系统研究D.湖南大学，2002.3宁永威，李韧，于鹏.无位置传感器无刷直流电机起动方法在煤矿机车