無刷直流電機與DSP控制技術相結合 成本降低的同時提高性能

電動牙科座椅選用稀土永磁無刷直流電機驅動體系，此體系將近年來發(fā)展迅速的無刷直流電機與DSP控制技術相結合，選用一片DSP控制器完成對兩臺稀土永磁無刷直流電機的控制，具有低成本、高性能的特色。

稀土永磁無刷電機因為具有效率高、性能好、結構簡略、散熱簡單、噪聲小等特色，滿足醫(yī)用行業(yè)對醫(yī)療器械各方面的特殊要求。因而，以稀土永磁無刷電機驅動的直線式驅動組織替代有刷電機驅動組織和單相交流異步電機驅動組織，具有杰出的社會含義及廣闊的市場前景。

電動牙科座椅具有兩個自由度，俯仰和升降。本伺服體系選用兩臺稀土永磁無刷直流電動機作為運動控制主部件，針對兩個自由度分別處以驅動。

電機控制部分僅選用一片DSP（數字信號處理器）芯片TMS320LF2407A完成對兩臺無刷電機的控制，充分利用了DSP豐富的片上資源，對兩臺電機的PWM輸入悉數選用DSP供給，省去了邏輯芯片，提高了體系的可靠性。通過SPI片內串行外設擴展了存儲器芯片，選用FRAM（非易失性存儲器）具有掉電維護功用，完成在關電的情況下對電動座椅的方位的記憶。

電機

電機額外功率為55W，額外電壓24V，作業(yè)狀況為短時運轉，額外轉速1800rpm，規(guī)劃方式按方波規(guī)劃，電機為十二槽兩對極。槽形為梯形口扇形槽，繞組方式為三相星形六狀況，槽滿率為52%，轉子磁鋼選用粘結釹鐵硼，徑向充磁。磁鋼詳細參數如下：Br》6000Gs，Hc》5000Oe，［BH］max》8MG·Oe，Hjc》10000Oe。有限元剖析中，電機實踐電磁轉矩為0.2394N·m。

控制器

本控制器主控單元選用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，主控單元需求檢測電機的電流信號和轉子方位信號，并為驅動板供給六路PWM驅動信號，因而，控制一個無刷直流電動機，需求6個PWM輸出，一路ADC轉化，三個捕獲單元。

關于TMS320LF2407A處理器，因為其有兩個事情管理器（EVA和EVB），每個事情管理器都有3個捕獲單元并能夠輸出6路PWM，所以該芯片能夠一起直接為兩臺無刷直流電動機供給控制信號。因為控制芯片外圍電路較為老練，但其具有較大的程序存儲器，因而，相關于硬件而言，要完成針對電機的靈活控制，側重從軟件方面下手。

驅動

本電機控制體系的驅動環(huán)節(jié)電路選用全橋結構，通過對六個功率元件的開、關的控制，對電機電壓、電流波形進行調制。通過利用TMS320LF2407A內含的四個各自獨立的16位通用定時器、六個全比較器完成電機電壓的PWM調制。TMS320LF2407A內含可編程死區(qū)控制，六個全比較器中的任何一個與通用定時器、死區(qū)控制單元一起用于發(fā)作一對有可編程死區(qū)和輸出極性的PWM輸出。共有十二路這樣的PWM輸出。每六個輸出能夠用來控制無刷直流電機，完成DSP對兩臺電機的控制。

選用IRF540功率管，該器材最高作業(yè)電壓為100V，最大作業(yè)電流28A，最大功率損耗150W，徹底滿足該體系功率要求；續(xù)流二極管D1～D6選用快恢二極管；電容C1～C3用來吸收直流母線上的尖峰電壓，避免過高的母線電壓擊穿功率管；電阻R2用來檢測電機的直流母線上電流，避免電機過流發(fā)作故障，該過流信號Isence通過處理后輸入到功率橋的前級驅動芯片和DSP處理器中，在過流時能夠及時封鎖門極驅動信號。

功率管的前級驅動選用IR公司的電機驅動芯片IR2130，該芯片集驅動、死區(qū)、過流維護等功用與一體，運用單電源即可完成六只功率管的驅動，運用時極為方便，特別適合于小功率驅動范疇。

軟件

依據界說的功用，軟件分為如下幾大模塊：

初始化模塊：主程序初始化模塊（_c_int0），EVA初始化模塊（EVA_INIT），EVB初始化模塊（EVB_INIT）；

電機發(fā)動模塊：電機A發(fā)動模塊（MOTORA_START），電機B發(fā)動模塊（MOTORB_START）；

換向模塊：電機A換向模塊（COMMUTATION_A），電機B換向模塊（COMMUTATION_B）；

霍爾信號捕獲模塊：電機A的霍爾信號捕獲模塊（CAPIN_A），電機B的霍爾信號捕獲模塊（CAPIN_B）；

鍵盤剖析模塊：電機A的鍵盤輸入剖析模塊（KEY_ANALYSE_A），電機B的鍵盤輸入剖析模塊（KEY_ANALYSE_B）；

PID調節(jié)模塊（_PID），方位記憶模塊（REM）。

軟件主體選用工程上盛行的模塊化次序結構，霍爾信號捕獲和PID調節(jié)選用中止控制方式。體系初始化完成對DSP體系寄存器、I/O端口、以及體系中止的設置，兩個電機的運轉狀況的取得由鍵盤剖析模塊取得，依據得到的狀況，決議電機是處于運轉、發(fā)動或是停轉狀況。電機運轉狀況由全局變量RUN_STATE_A和RUN_STATE_B表明，088H表明電機處于運轉狀況，00H表明電機發(fā)動，0FFH表明電機停轉。

稀土永磁無刷直流電機與DSP控制技術相結合，是無刷電機的一個重要發(fā)展方向。