无刷直流电机与DSP控制技术相结合 成本降低的同时提高性能

电动牙科座椅选用稀土永磁无刷直流电机驱动体系，此体系将近年来发展迅速的无刷直流电机与DSP控制技术相结合，选用一片DSP控制器完成对两台稀土永磁无刷直流电机的控制，具有低成本、高性能的特色。

稀土永磁无刷电机因为具有效率高、性能好、结构简略、散热简单、噪声小等特色，满足医用行业对医疗器械各方面的特殊要求。因而，以稀土永磁无刷电机驱动的直线式驱动组织替代有刷电机驱动组织和单相交流异步电机驱动组织，具有杰出的社会含义及广阔的市场前景。

电动牙科座椅具有两个自由度，俯仰和升降。本伺服体系选用两台稀土永磁无刷直流电动机作为运动控制主部件，针对两个自由度分别处以驱动。

电机控制部分仅选用一片DSP（数字信号处理器）芯片TMS320LF2407A完成对两台无刷电机的控制，充分利用了DSP丰富的片上资源，对两台电机的PWM输入悉数选用DSP供给，省去了逻辑芯片，提高了体系的可靠性。通过SPI片内串行外设扩展了存储器芯片，选用FRAM（非易失性存储器）具有掉电维护功用，完成在关电的情况下对电动座椅的方位的记忆。

电机

电机额外功率为55W，额外电压24V，作业状况为短时运转，额外转速1800rpm，规划方式按方波规划，电机为十二槽两对极。槽形为梯形口扇形槽，绕组方式为三相星形六状况，槽满率为52%，转子磁钢选用粘结钕铁硼，径向充磁。磁钢详细参数如下：Br》6000Gs，Hc》5000Oe，［BH］max》8MG·Oe，Hjc》10000Oe。有限元剖析中，电机实践电磁转矩为0.2394N·m。

控制器

本控制器主控单元选用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，主控单元需求检测电机的电流信号和转子方位信号，并为驱动板供给六路PWM驱动信号，因而，控制一个无刷直流电动机，需求6个PWM输出，一路ADC转化，三个捕获单元。

关于TMS320LF2407A处理器，因为其有两个事情管理器（EVA和EVB），每个事情管理器都有3个捕获单元并能够输出6路PWM，所以该芯片能够一起直接为两台无刷直流电动机供给控制信号。因为控制芯片外围电路较为老练，但其具有较大的程序存储器，因而，相关于硬件而言，要完成针对电机的灵活控制，侧重从软件方面下手。

驱动

本电机控制体系的驱动环节电路选用全桥结构，通过对六个功率元件的开、关的控制，对电机电压、电流波形进行调制。通过利用TMS320LF2407A内含的四个各自独立的16位通用定时器、六个全比较器完成电机电压的PWM调制。TMS320LF2407A内含可编程死区控制，六个全比较器中的任何一个与通用定时器、死区控制单元一起用于发作一对有可编程死区和输出极性的PWM输出。共有十二路这样的PWM输出。每六个输出能够用来控制无刷直流电机，完成DSP对两台电机的控制。

选用IRF540功率管，该器材最高作业电压为100V，最大作业电流28A，最大功率损耗150W，彻底满足该体系功率要求；续流二极管D1～D6选用快恢二极管；电容C1～C3用来吸收直流母线上的尖峰电压，避免过高的母线电压击穿功率管；电阻R2用来检测电机的直流母线上电流，避免电机过流发作故障，该过流信号Isence通过处理后输入到功率桥的前级驱动芯片和DSP处理器中，在过流时能够及时封锁门极驱动信号。

功率管的前级驱动选用IR公司的电机驱动芯片IR2130，该芯片集驱动、死区、过流维护等功用与一体，运用单电源即可完成六只功率管的驱动，运用时极为方便，特别适合于小功率驱动范畴。

软件

依据界说的功用，软件分为如下几大模块：

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

电机发动模块：电机A发动模块（MOTORA_START），电机B发动模块（MOTORB_START）；

换向模块：电机A换向模块（COMMUTATION_A），电机B换向模块（COMMUTATION_B）；

霍尔信号捕获模块：电机A的霍尔信号捕获模块（CAPIN_A），电机B的霍尔信号捕获模块（CAPIN_B）；

键盘剖析模块：电机A的键盘输入剖析模块（KEY_ANALYSE_A），电机B的键盘输入剖析模块（KEY_ANALYSE_B）；

PID调节模块（_PID），方位记忆模块（REM）。

软件主体选用工程上盛行的模块化次序结构，霍尔信号捕获和PID调节选用中止控制方式。体系初始化完成对DSP体系寄存器、I/O端口、以及体系中止的设置，两个电机的运转状况的取得由键盘剖析模块取得，依据得到的状况，决议电机是处于运转、发动或是停转状况。电机运转状况由全局变量RUN_STATE_A和RUN_STATE_B表明，088H表明电机处于运转状况，00H表明电机发动，0FFH表明电机停转。

稀土永磁无刷直流电机与DSP控制技术相结合，是无刷电机的一个重要发展方向。