當前國內生產的電動執行器多由模擬器件控製
，精度差;保護措施使用繼電器和機械裝置，可靠性差;很多電動執行器隻能接收模擬信號(4～20mA、 1～5 V)，不能與計算機進行通信;係統集成度低、weihukunnan。zhejiushidexianyoudediandongzhixingqibubianyutiaoshiheweihu
，yebunenggenjushengchandeshijixuyaojinxingcanshudexianchangtiaozheng，bubianyushixianshuzihuadefenbushikongzhi。

　　

嵌(qian)入(ru)了(le)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)是(shi)最(zui)新(xin)一(yi)代(dai)的(de)產(chan)品(pin)。智(zhi)能(neng)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)性(xing)能(neng)優(you)越(yue)，占(zhan)據(ju)了(le)相(xiang)當(dang)的(de)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)。這(zhe)類(lei)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)具(ju)有(you)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)、使用方便、通信功能強、診斷保護功能完善、適應性廣泛等優點。可以說，智能化已經成為電動執行器發展的趨勢。

　　

TMS320F240是美國TI公司推出的高性能16位數字信號處理器(DSP)
，是專門為電機的數字化控製而設計的。這種DSP包括一個定點DSP 內nei核he及ji一yi係xi列lie微wei控kong製zhi器qi外wai圍wei電dian路lu，將jiang數shu字zi信xin號hao處chu理li的de運yun算suan能neng力li與yu麵mian向xiang電dian機ji的de高gao效xiao控kong製zhi能neng力li集ji於yu一yi體ti，可ke以yi實shi現xian用yong軟ruan件jian取qu代dai模mo擬ni器qi件jian，方fang便bian地di修xiu改gai控kong製zhi策ce略lve，修xiu正zheng控kong製zhi參can數shu

，兼jian具ju故gu障zhang檢jian測ce、自診斷和與上位機通信等功能。因此它強化了電動執行器的作用。

　　

　　

TMS320F240是一種廣泛適用於各種電機控製的數字信號處理器，它不僅具有一般DSP高速處理數字信號的能力，還將各種電機控製所需要的外圍電路集於一體
，能夠大大提高係統的可靠性。

　　

TMS320F240的係統結構如圖2-1所示。

　　

　　

TMS320F240的執行速度很快，內部采用了哈佛結構
，流水線作業
，在20MHz的時鍾頻率下
，指令周期僅為50 ns，且多數指令都能在一個指令周期內完成。

　　

事件管理器(EV)是該係統DSP芯片特有的專門用於電機控製用的模塊
，主要由下麵幾部分構成：

　　

①通用定時器TMS320F240一共有3個16bit的通用計數器(T1、T2、T3)，除了用於產生周期信號外
，還作為正交脈衝編碼單元(QEP)
、捕獲單元、PWM模塊的時基信號。

　　

②比較單元和PWM控製TMS320F240提供了多達9路比較/PWM輸出端。其中的6路PWM輸出由一個空間矢量模塊控製
，並具有死區邏輯
，不需程序過多的幹預就能夠方便地產生用於三相全橋逆變器6個功率開關元件的PWM觸發信號
，從而實現對三相交流感應電機或無刷直流電機的控製。

　　

③捕獲單元(CAP)TMS320F240的捕獲單元可用於及時地捕捉無刷直流的電動機磁極位置信號的上升/下降沿，並通過查詢相關計數器的值來確定電機的轉速。

　　

④正交編碼器(QEP)TMS320F240的正交編碼器可以對與電機同軸的光電編碼器、磁編碼器所產生的正交編碼信號進行計數，繼而判斷電機的轉速、位置
、轉動方向。

　　

此外，事件管理器還包括串行通信接口(SCI)
、串行外設接口(SPI)。

　　

TMS320F240內部有16通道兩路轉換精度為10位的AD變換器，轉換時間僅為6.6μs。在電機調速係統構成電流閉環時，反饋電流信號可以經AD輸入CPU處理。除此之外
，TMS320F240還提供28個I/O口用於控製係統所需的各種開關量。

　　

　　

係統采用直流無刷電機作為電動執行器的執行部件，文中研究的智能電動執行器的結構如圖3—1所示。驅動係統主要包括控製電路
、主電路、電機等
，不包括機械裝置。TMS320F240包含有一般的DSP芯片所沒有的雙10位模數轉換器、基於PWM控製的管理器(6個比較單元
、9路PWM輸出、2路光電編碼器接口的編碼單元)。其PWM波形生成單元包含可編程死區控製，可輸出非對稱PWM波形、對稱PWM波形和空間矢量PWM波形。

　　

圖中的IPM為智能功率模塊(Intelligent PowerModule)。IPM不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且內藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路
，並可將檢測信號送CPU。即使發生負載事故或使用不當，也可保證IPM自身不受損壞。目前的IPM一般采用IGBT作為功率開關器件，並內藏電流傳感器及驅動電路的集成結構。

　　

　　

　　

軟啟動就是在BLDCM啟動過程中采取PWM方式控製逆變器的6個功率開關管，從而起到降低平均電壓，限製啟動電流的目的。

　　

　　
係統采用的控製方式為二相導通三相六狀態，主電路如圖3—2所示。功率器件的排列順序采用圖中所示的上橋臂1，3，5，下橋臂，4
，6，2的順序。按照一定的邏輯關係打開6個功率器件，即可實現電機的正反轉。根據磁極位置傳感器的信號組合，有6種狀態，一一對應於橋臂的開關組合
，如從T1
， T2→T2，T3→T4，T5→T5，T6→T6，T1→T1
，T2，如此循環，反過來即可實現反轉。

 

　　

 

kuanfanweitiaosushihengliangtiaosuxitongxingnengdezhongyaozhibiao。kaolvdaowushuazhiliudiandongjideteshuqingkuang
，youliangzhonggaibiandianyadefangfa。qiyishimeixiangdaotongdeshijianweichibubian，gaibianmeixiangdaotongshijiazaixianquanshangdedianyafududaxiaolaishixiantiaosu。zhezhongtongguotiaofulaishixiantiaosudefangfa，qitiaosuxianxingduhao，dansunhaoda。weijianshaosunhao

，kecaiyongzhiliudianyabianhuanqigongdian，yishixiantiaoya，danzheyouzengjialexianluchengben。lingyizhongfangfashibaochimeixiangdaotongshijiazaidianshuxianquanshangdedianyafududaxiaobubian，ergaibianmeixiangdaotongshijiandechangduan，shizhishangjiushigaibianlejiazaixianquanshangdepingjundianyadedaxiao，congeryenengshixiantiaosu。gaixitongcaiyongDSP控製IPM驅動直流無刷電動機
，實現脈寬調製是非常容易的，因而該係統采用後一種方法。

　　

　　

當(dang)電(dian)機(ji)換(huan)相(xiang)時(shi)
，電(dian)機(ji)中(zhong)性(xing)點(dian)電(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)使(shi)相(xiang)電(dian)流(liu)會(hui)有(you)很(hen)大(da)的(de)降(jiang)落(luo)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)電(dian)機(ji)換(huan)相(xiang)轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)。大(da)的(de)轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)容(rong)易(yi)使(shi)電(dian)機(ji)運(yun)動(dong)抖(dou)動(dong)，縮(suo)短(duan)電(dian)機(ji)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。采(cai)用(yong)換(huan)相(xiang)補(bu)償(chang)後(hou)，電(dian)機(ji)換(huan)相(xiang)轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)有(you)了(le)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)的(de)降(jiang)低(di)。

　　

　　

圖3—3給(gei)出(chu)了(le)其(qi)中(zhong)的(de)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)流(liu)程(cheng)。在(zai)偏(pian)差(cha)較(jiao)大(da)的(de)時(shi)候(hou)，采(cai)用(yong)能(neng)快(kuai)速(su)糾(jiu)偏(pian)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)控(kong)製(zhi)作(zuo)為(wei)開(kai)始(shi)的(de)粗(cu)定(ding)位(wei)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)精(jing)度(du)
，在(zai)位(wei)置(zhi)偏(pian)差(cha)進(jin)入(ru)較(jiao)小(xiao)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)時(shi)候(hou)，控(kong)製(zhi)器(qi)由(you)非(fei)線(xian)性(xing)控(kong)製(zhi)換(huan)成(cheng)線(xian)性(xing)控(kong)製(zhi)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)了(le)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)的(de)快(kuai)速(su)性(xing)和(he)精(jing)確(que)性(xing)。

　　

 

　　

(1)係統使用的BLDCM特性，它的相電阻R=1.6Ω

，相電感L=5.5 mH，在交流輸入電壓恒定為380V情況下
，用調節PWM信號(PWM周期1 ms)的占空比的方式實現BLDCM開環調速，得到的數據見表4—1。

　　

 

可見，對於轉速開環的PWM控製方式，占空比與轉速呈非線性關係。

　　

　　

初始位置為0
，位置給定值為240脈衝(5圈)，采集了15組位置、轉速值
，得到的相應曲線如圖4—1所示。

　　

從位置響應曲線分析，整個定位過程隻用了約0.6 s，定位過程平穩且沒有超調，定位靜差為5個脈衝。由於係統靜差要求小於全行程的0.5%，而全行程約為200圈，即隻要靜差在1圈(48個脈衝)內(nei)都(dou)可(ke)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)。從(cong)轉(zhuan)速(su)響(xiang)應(ying)曲(qu)線(xian)分(fen)析(xi)，轉(zhuan)速(su)在(zai)開(kai)始(shi)階(jie)段(duan)上(shang)升(sheng)很(hen)快(kuai)，中(zhong)間(jian)有(you)短(duan)暫(zan)的(de)近(jin)似(si)勻(yun)速(su)運(yun)行(xing)的(de)階(jie)段(duan)，定(ding)位(wei)後(hou)期(qi)轉(zhuan)速(su)降(jiang)落(luo)迅(xun)速(su)。這(zhe)樣(yang)的(de)轉(zhuan)速(su)曲(qu)線(xian)是(shi)很(hen)理(li)想(xiang)的(de)。

　　

　　

基於TMS320F240數字信號處理芯片
、智能功率模塊IPM、無刷直流電動機的智能電動執行器的驅動係統具有以下主要特點：控製電路簡單
、軟件代替硬件
、開發速度快、係統運行平穩。

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