磁同步电机系统采样信号的处理

逆变器主电路

2DSP 控制系统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。系统的采样信号处理部分（

1）光电码盘输出信号来永磁同步电

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计算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。
　　（

2）三相电流和直流母线电压模拟信号：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。
　　模拟信号的硬件处理流程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 0－5V 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 采样。

　　

DSP 数字系统我们选用了 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制的
一般要求。
　　数字系统的作用是根据检测得到的电机电压、电流信号和光码盘信号，通过控制算法实
现对电机的控制。为了实现上述功能需要对

F240 进行扩展，扩展框图如下：DSP 数字扩展

示意图

3 实时控制软件的结构软件需要实现的功能可以分为以下几块：系统启动的初始化、

检测电机转子的初始位置，转速的测量与

PI 控制，软件过流检测与保护以及 DTC 算法的

实现。除此磁链分区信息选择合适电压矢量的开关表。
　　速度测量和速度

PI 调节器的数字化实现通常采用的速度测量方法有 M 法、T 法和 M／

T 法。其中 M／T 法精度最高，本实验系统以高速为主要运行段，并且测速所用码盘分辨率
高为

2500 线／周，所以采用 M 法测速，对于高低转速精确测量已足够。测速的采样周期为

6ms，光电码盘的 AB 信号分辨率为 2500p／r，经倍频得到 10000p／r 的分辨率。在 100r／
min 运行情况下，测速的最大误差为 1％。这样的精度足以满足系统的需求。实际系统的测速
精度也证实了这个结论。计算得到速度之后，要通过速度

PI 调节器获得转矩参考值。