基于双DSP的无刷直流电机控制器硬件设计和实现

摘要：根据无刷直流电机理论和系统的要求，以双TMS320F2812 DSP处理器为核心，针对系统的高可靠性要求，进行了无刷直流电机控制器的硬件电路设计并对核心电路进行分析、仿真和实验验证;结果表明，该硬件电路可实现无刷直流电机正常调速的控制需求，相应性能指标可满足系统需求。

0 引言

无刷直流电机(以下简称BLDCM)用电子换相器取代机械换向器，根除了电刷和换向器接触磨损所导致的寿命周期短、电气绝缘低、火花干扰强等诸多缺陷;同时永磁材料的高磁性能使无刷直流电机具有起动转矩大、调速范围广、运行效率高等优点，在各个工业领域有着广泛应用。

由于本系统有较高的可靠性要求，因此总体设计思路是采用主控、监控双DSP系统架构满足控制器的高可靠性要求;三相功率逆变器选用三菱公司的第五代智能功率模块PM15 0CLA120为核心，采用光耦HCPL4506进行门极驱动信号隔离;采用多传感器进行系统状态监测并通过转速和电流双闭环控制策略进行电机转速精确控制，从而满足系统对无刷电机控制器的高可靠性运行和精确的转速控制以及宽范围转速调节等控制要求。

1 系统组成

BLDCM控制系统原理框图如图1所示，控制器通过RS422与上位机进行通信;无刷电机通过机械传动装置驱动系统运转;采用旋转变压器传感器作为BLDCM的转子位置和转速反馈元件。

控制器采用高性能的数字信号处理器作为控制核心，其中主控DSP完成无刷直流电机的转速和电流双闭环控制，满足无刷电机具有调速范围宽、控制精度高的要求;监控DSP完成系统温度、电流、电压、转速等状态监控，通过传感器检测冗余(数量冗余、类型冗余、位置冗余)设置，既可以实现关键参数的精确测量和控制策略的精细化操作，还可以确定功率开关及电机三相绕组故障状态。监控DSP和主控DSP通过双口RAM(DPRAM)快速进行数据交换，便于控制系统工作。

2 各模块设计

2.1 双DSP设计

控制器选用的TMS320F2812是美国TJ公司推出的32位定点数字信号处理器，专门针对电机和运动控制。主控DSP具备6路PWM 输出模块、功率驱动及逆变模块、旋变位置传感器激励及解算模块、模拟量转换模块、SCI通信等主要模块，具有很强的实时数据运算能力;监控DSP进行模拟信号采集、外部通讯、系统运行工况监控等非实时信息处理。

由于DSP嵌入式系统的特点在于高速数据处理，因此实现主DSP与从DSP之间的数据通信成为主从式硬件系统的一个设计关键。本系统利用DPRAM作为共享存储器进行通信，其优点是实时性好，可靠性高，数据传输效率高，接口电路简单。DPRAM的每个端口都有各自的数据、地址、控制总线，允许处理器对存储器的任何地址执行随机读写操作。DPRAM与两个DSP之间的硬件连接关系如图2所示。

2.2 功率逆变电路及驱动设计