基于ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的永磁同步电机控制系统
研究
摘 要：介绍以 TMS320F240 为核心器件构成的永磁同步电机的一种控制方法，内容包括
永磁同步电机控制系统的硬件实现方案，以及实现转矩直接控制的软件方法。
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1 主回路部分
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本系统主回路采用交一直一交结构，其中逆变器部分采用电压型逆变器。主回路的结
构，即两相交流电经过不控整流及滤波后加在 IPM 的 PN 输入端。IPM 选用三菱公司的
PM50RVA 120(其额定电压为 1200V，电流为 50A )，整流器件选用三菱公司的 RM30TB－
H(额定母线输出电流 60A，最大反向电压 800V，这里仅用了模块提供的三相整流中的两
相)
。
2 DSP 控制系统
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这一部分主要包括系统采样信号的处理、DSP
数字系统、电路的驱动与保护三部分。
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2.1 系统的采样信号处理部分
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（1）光电码盘输出信号来。
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永磁同步电机转矩直接控制在电机启动的时候需要知道转子的位置以确定电机定子
磁链的初始值，同时需要用光电编码盘的信号
电机的转速实现速度闭环。系统需要对
光电编码盘的 UVW 和 AB 数字信号进行处理，这 5 个信号经过光祸隔离后直接送入 DSP
芯片进行数据的处理分析。
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（2）三相电流和直流母线电压模拟信号。
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由于电机的中线点没有引出，所以三相电流有 ia+ib+ic=0 的关系，只要测量两相的
电流就可以计算得到所有的定子电流，原则上系统仅需配备两个电流传感器。但考虑保护
电路监测瞬时三相电流和直流母线电流的需要，系统配备了四个电流传感器。为测量定子
三相线电压和直流母线电压，系统配置四个电压传感器，以供两种不同控制策略实施的
综合。对电流和电压信号的处理相对光码盘输出信号来说相对复杂一些，以下是信号处理程图
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。
无论电流霍尔元件还是电压霍尔元件，输出的信号都是电流型信号，必须经过采样
电阻采样转换为电压信号。该信号不能直接送到 DSP 采样，因为 DSP 只能采样
0－５ V 的电压
信号，而霍尔元件输出的信号有正有负，必须经过比例调整和电平提升处理。然后还要进
行硬件滤波，滤去不必要毛刺干扰信号，最终送到 DSP 。 。 。
2.2 DSP 数字系统
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我们选用了 TI 针对电机控制这个领域专门设计的 TMS320F240 ，它的运算速度是
20MIPS，一次 AD 采样时间为 7.2us，它包含了三个通用定时器，每个通用定时器都具有
时间段的定时功能，还具有与预定的时间进行比较并产生各种事务的功能，可以很方便
的实现 PWM 输出，有专门用于正交编码信号处理的电路，这使得测量速度和测量电机
的转子位置更为容易；包含 WD 定时器，用来在程序意外飞掉后进行复位：包含了 12 个
AD 转换通道，可以允许同时启动两个 AD 转换；有 12 路 PWM 的输出，其中 6 路的
PWM 输出是可以通过编程，很容易实现空间矢量 PWM，并且考虑了死区时间；它还包
含多个外部中断的端口专用电路。基于以上这么多硬件资源，它可以非常好的实现电机控