1、第一章 緒論電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Electric Power Steering ，縮寫EPS）是一種直 接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， EPS 主要由扭矩傳感器、車速傳感器、電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元（ ECU ）等組成。它是近代各種先進(jìn)汽車上所必備的系統(tǒng)之一。1.1 電動助力轉(zhuǎn)向的發(fā)展從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Manual Steering ,簡稱MS）發(fā)展為液 壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering ,簡稱HPS ）,然后又出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ Electro Hydraulic Power Steering ，簡稱 EHPS ）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

2、（ Electric Power Steeri ng ，簡稱 EPS 。裝配機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱負(fù)擔(dān)過于沉重，為了解決這個問題，美國GM 公司在 20 世紀(jì) 50 年代 率先在轎車上采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。但是，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法兼顧車輛低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，因此在1983 年日本 Koyo 公司推出了具備車速感應(yīng)功能的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種新型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以隨著車速的升高提供逐漸減小的轉(zhuǎn)向助力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高，而且無法克服液壓系統(tǒng)自身所具有的許多缺點(diǎn)，是一種介于液壓助力轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向之間的過渡產(chǎn)品。到了 1988年，日本

3、Suzuki 公司首先在小型轎車Cervo 上配備了Koyo 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)向柱助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；1990 年，日本Honda 公司也在運(yùn)動型轎車NSX 上采用了自主研發(fā)的齒條助力式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從此揭開了電動助力轉(zhuǎn)向在汽車上應(yīng)用的歷史。.下載可編輯.1.2 電動助力轉(zhuǎn)向的分類：機(jī)械液壓助力機(jī)械液壓助力是我們最常見的一種助力方式，它誕生于1902 年， 由英國人 Frederick W. Lanchester 發(fā)明，而最早的商品化應(yīng)用則推遲到了半個世紀(jì)之后，1951 年克萊斯勒把成熟的液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)應(yīng)用在了Imperial 車系上。由于技術(shù)成熟可靠，而且成本低廉，得以被廣泛普及。機(jī)械

4、液壓助力系統(tǒng)的主要組成部分有液壓泵、油管、壓力流體控制閥、V 型傳動皮帶、儲油罐等等。這種助力方式是將一部分發(fā)動機(jī)動力輸出轉(zhuǎn)化成液壓泵壓力，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助作用力，從而使輪胎轉(zhuǎn)向。電子液壓助力由于機(jī)械液壓助力需要大幅消耗發(fā)動機(jī)動力，所以人們在機(jī)械液壓助力的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出了更節(jié)省能耗的電子液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵不再由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動，而是由電動機(jī)來驅(qū)動，并且在之前的基礎(chǔ)上加裝了電控系統(tǒng)，使得轉(zhuǎn)向輔助力的大小不光與轉(zhuǎn)向角度有關(guān)，還與車速相關(guān)。機(jī)械結(jié)構(gòu)上增加了液壓反應(yīng)裝置和液流分配閥，新增的電控系統(tǒng)包括車速傳感器、電磁閥、轉(zhuǎn)向ECU 等。 電動助力EPS 就是英文Electri

5、c Power Steering 的縮寫，即電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由電動助力機(jī)直接提供轉(zhuǎn)向助力，省去了液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所必需的動力轉(zhuǎn)向油泵、軟管、液壓油、傳送帶和裝于發(fā)動機(jī)上的皮帶輪，既節(jié)省能量，又保護(hù)了環(huán)境。另外，還具有調(diào)整簡單、裝配靈活以及在多種狀況下都能提供轉(zhuǎn)向助力的特點(diǎn)。正是有了這些優(yōu)點(diǎn)，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為一種新的轉(zhuǎn)向技術(shù)，將挑戰(zhàn)大家都非常熟知的、已具有50 多年歷史的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。駕駛員在操縱方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器檢測到的轉(zhuǎn)矩電壓信號、轉(zhuǎn)動方向

6、和車速信號等，向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動力。汽車不轉(zhuǎn)向時，電子控制單元不向電動機(jī)控制器發(fā)出指令，電動機(jī)不工作。1.3 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已發(fā)展了半個多世紀(jì)，其技術(shù)已相當(dāng)成熟。但隨著汽車微電子技術(shù)的發(fā)展，對汽車節(jié)能性和環(huán)保性要求不斷提高，該系統(tǒng)存在的耗能、對環(huán)境可能造成的污染等固有不足已越來越明顯，不能 完全滿足時代發(fā)展的要求。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將最新的電力電子技術(shù)和高性能的電機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能顯著改善汽車動態(tài)性能和靜態(tài)性能、提高行駛中駕駛員的舒適性和安全性、減少環(huán)境的污染等。因此，該系統(tǒng)一經(jīng)提出，就受到許多大汽

7、車公司的重視，并進(jìn)行開發(fā)和研究，未來的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電動助力轉(zhuǎn)向?qū)⒊蔀檗D(zhuǎn)向系統(tǒng)主流，與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)突出的優(yōu)勢體現(xiàn)在：1 、降低了燃油消耗液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要發(fā)動機(jī)帶動液壓油泵，使液壓油不停地流動，浪費(fèi)了部分能量。相反電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）僅在需要轉(zhuǎn)向操作時才需要電機(jī)提供的能量，該能量可以來自蓄電池，也可來自發(fā)動機(jī)。而且能量的消耗與轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向及當(dāng)前的車速有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)向盤不轉(zhuǎn)向時，電機(jī)不工作，需要轉(zhuǎn)向時，電機(jī)在控制模塊的作用下開始工作， 輸 出相應(yīng)大小及方向的轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生助動轉(zhuǎn)向力矩，而且，該系統(tǒng)在汽車原地轉(zhuǎn)向時輸出最大轉(zhuǎn)向力矩，隨著汽車速度的改變，輸出的力矩也跟隨改變。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了

8、按需供能，是真正的按需供能型 ( on-demand ) 系統(tǒng)。汽車在較冷的冬季起動時，傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，直至液壓油預(yù)熱后才能正常工作。由于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計時不依賴于發(fā)動機(jī)而且沒有液壓油管，對冷天氣不敏感，系統(tǒng)即使在-40 C 時也能工作，所以提供了快速的冷起動。由于該系統(tǒng)沒有起動時的預(yù)熱，節(jié)省了能量。不使用液壓泵，避免了發(fā)動機(jī)的寄生能量損失，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛和裝有液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的車輛對比實(shí)驗(yàn)表明，在不轉(zhuǎn)向情況下，裝有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的國輛燃油消耗降低2.5%, 在使用轉(zhuǎn)向情況下，燃油消耗降低了 5.5%。2、增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向跟隨性在電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，電動助

9、力機(jī)與助力機(jī)構(gòu)直接相連可以使其能量直接用于車輪的轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)利用慣性減振器的作用，使車輪的反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向前輪擺振大大減水。因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的抗擾動能力大大增強(qiáng)和液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生于電機(jī)，沒有液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向遲滯效應(yīng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向車輪對轉(zhuǎn)向盤的跟隨性能。3、改善了轉(zhuǎn)向回正特性直到今天，動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的發(fā)展已經(jīng)到了極限， 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正特性改變了這一切。當(dāng)駕駛員使轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動一角度后松開時，該系統(tǒng)能夠自動調(diào)整使車輪回到正中。該系統(tǒng)還可以讓工程師們利用軟件在最大限度內(nèi)調(diào)整設(shè)計參數(shù)以獲得最佳的回正特性。從最低車速到最高車速，可得到一簇回正特性曲線。通過靈活的軟件編程，容易得到電機(jī)在不同

10、車速及不同車況下的轉(zhuǎn)矩特性，這種轉(zhuǎn)矩特性使得該系統(tǒng)能顯著地提高轉(zhuǎn)向能力，提供了與車輛動態(tài)性能相機(jī)匹配的轉(zhuǎn)向回正特性。而在傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)中，要改善這種特性必須改造底盤的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起來有一定困難。4、提圖了操縱穩(wěn)定性通過對汽車在高速行駛時過度轉(zhuǎn)向的方法測試汽車的穩(wěn)定特性。采用該方法，給正在高速行駛(100km/h )的汽車一個過度的轉(zhuǎn)角迫使它側(cè)傾，在短時間的自回正過程中，由于采用了微電腦控制，使得汽車具有更高的穩(wěn)定性，駕駛員有更舒適的感覺。1.4 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢上個世紀(jì)80 年代開始，人們開始研究電子控制式電動助力轉(zhuǎn)向，簡稱EPS( Electric Power Steerin

11、g )。 EPS 是在 EHPS (電控液壓助力轉(zhuǎn)向) 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量大大減少、可靠性增強(qiáng)，它取消EHPS 的液壓油泵、液壓管路、液壓油缸和密封圈等配件，純粹依靠電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，解決了長期以來一直存在的液壓管路泄漏和效率低下的問題。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它利用電動機(jī)產(chǎn)生的動力來幫助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，信號傳感裝置( 包括扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器)， 轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)( 電機(jī)、離合器、減速傳動機(jī)構(gòu)) 及電子控制裝置。電動機(jī)僅在需要助力時工作，駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向盤時，扭矩轉(zhuǎn)角傳感器根據(jù)輸入扭

12、矩和轉(zhuǎn)向角的大小產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號，控制單元根據(jù)電壓和車速的信號，給出指令控制電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)向助力。從國內(nèi)外的研究來看，EPS 今后的研究主要集中在以下幾方面：(1) EPS 助力控制策略。助力控制策略的主要目的是根據(jù)轉(zhuǎn)向助力特性曲線確定助力電動機(jī)的助力大小，輔助駕駛員實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向?？刂撇呗允荅PS 研究的重點(diǎn)。(2) 系統(tǒng)匹配技術(shù)。助力特性的匹配、電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)的匹配、傳感器的匹配以及EPS 系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)進(jìn)行匹配，是使整車性能達(dá)到最優(yōu)的關(guān)鍵。(3) 可靠性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是駕乘人員的生命線”之一，必須保證高度可 靠性。 EPS 除了應(yīng)有良好的硬件保證外

13、，還需要良好的軟件做支撐，因此對EPS 的可靠性提出了很高的要求。由于技術(shù)、制造和維修成本等原因，目前大部分汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍以液壓助力的HPS(包括ECHPS EHPS)為主。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于成本高以及現(xiàn)有法規(guī)限制等原因，在近期很難在車輛上裝配。EPS 具有節(jié)能與環(huán)保等諸多優(yōu). 下載可編輯點(diǎn)， EPS 取代 HPS 是今后一段時間內(nèi)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展的 趨勢第二章 硬件電路設(shè)計汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)( Electric Power Steering )結(jié)構(gòu)的工作原理： 當(dāng)汽車的方向盤開始轉(zhuǎn)動時，扭矩傳感器開始檢測其輸入軸，并把扭矩信號傳輸給控制中心，此時的波形有毛刺，并不是能夠用來調(diào)制的PWM 波。

14、而整形電路的作用便是把毛刺去掉，得到矩形波。然后無刷直流電機(jī)里面對應(yīng)的三個霍爾傳感器檢測出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，以及在汽車變速箱上面安裝的車速傳感器傳給的模擬量，經(jīng)過ECU 分析處理這些模擬量，按程序指令的方式對控制對象進(jìn)行控制，通過改變輸出PWM 來控制三相橋中的 MOS 管的導(dǎo)通順序控制電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)對控制對象進(jìn)行控制動力轉(zhuǎn)向 的目的. 下載可編輯扭矩傳感器苧號整形電路DSP(TMS320F240)控制器轉(zhuǎn)子位置檢測電 路換相邏輯電路功率驅(qū)動電 路逆變器電 路無刷直流電動機(jī).下載可編輯系統(tǒng)硬件模塊連接圖如圖系統(tǒng)硬件模塊框圖所示，硬件系統(tǒng)主要由DSP最小系統(tǒng)及擴(kuò) 展電路、換相邏輯電路、功率驅(qū)動電路、

15、逆變器電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路等部分組成。電動機(jī)的功能是根據(jù)電子控制單元的指令輸出適宜的輔助扭矩，是EPS的動力源，電機(jī)對 EPS的性能有很大影響，是 EPS的關(guān)鍵部件之一。 作為EPS系統(tǒng)助力的提供者，根據(jù)系統(tǒng)要求，我們選擇直 流無刷電機(jī)。2.1 直流無刷電機(jī)直流無刷電機(jī)：又稱無換向器電機(jī)交一直一交系統(tǒng)”或直交系統(tǒng)”。是將交流電源整流后變成直流，再由逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電，但是，注意此處逆變器是工作在直流斬波方式。無刷直流電動機(jī) Brushless Direct Current Motor ,BLDC, 采用方波自 控 式永磁同步電機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以鉉鐵硼作為轉(zhuǎn)子的 永磁

16、 材料；產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn) ，同時又解決了直流電機(jī)碳 刷滑環(huán)的缺點(diǎn)，數(shù)字式控制，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)。主電路是一個典型的電壓型交 一直一交電路，逆變器提供等幅等寬5-26kHz調(diào)制波的對稱交變矩形波。永磁體 n-s交替交換使位置傳感器產(chǎn)生相 位差120 勺u(yù)、V、w方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的6狀態(tài) 編碼信號： 101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生 t1 14導(dǎo)通、t1 16導(dǎo)通、t3 16導(dǎo)通、t3 12導(dǎo)通、t5 12導(dǎo)通、t5 14導(dǎo)通，也就是 說將直流母線電壓依次加在a+b-、a+c-、b+c-、b+a-、c+a-、c+b-上，這樣

17、轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對 n-s極，t1 16功率管即按 固定 組合成6種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動60電角度，轉(zhuǎn)子 跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當(dāng)于60電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置 傳感器u、V、 w按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進(jìn) 60電角度，如此循環(huán)，無刷直 流電動機(jī)將產(chǎn)生連續(xù) 轉(zhuǎn)矩，拖動負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)闊o刷直流電動機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動機(jī)。電動機(jī)在這里受到控制單元的指令控制輸出適宜的扭矩，進(jìn)而控制車輪的轉(zhuǎn)向，它是本系統(tǒng)實(shí)

18、現(xiàn)功能最重要的器件之一，所以需要可靠性比較強(qiáng)，而且對應(yīng)的性價比比較好的器件，在這里我們采用的直流無刷直流電機(jī)的參數(shù)如下表所示：型式直流無刷電動機(jī)額定時間S22分鐘標(biāo)稱輸出150W額定轉(zhuǎn)速1200r/mi n/DC12V/30A額定轉(zhuǎn)矩1.2N/30 A額定電流30A旋轉(zhuǎn)方向正反轉(zhuǎn)允許最大電流35A2.2 DSP 芯片結(jié)構(gòu)與性能的介紹DSP(Digital Signal Processor) 實(shí)際上也是一種單片機(jī)，它同樣是將中央處理單元、控制單元和外圍設(shè)備集成到一塊芯片上。 DSP 最早是針對數(shù)字處理，特別是語音、圖象信號的各種處理而開發(fā)的。由于這類信號處理的算法復(fù)雜，要求DSP 必須具有強(qiáng)大快

19、速的運(yùn)算能力。因此，DSP 有別與普通的單片機(jī)，它采用了多組總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)行機(jī)制，從而極大的提高了運(yùn)行速度，也提供了非常靈活的指令系統(tǒng)。近些年來，各種集成化單片DSP 的性能不斷得以改進(jìn)，相應(yīng)的軟件和開發(fā)工具日臻完善，價格迅速下降，使得DSP 在控制領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。在本論文里面我們主要用的是TMS320LF240 這一芯片， 就這 一芯片做以下的介紹：TMS320LF240 是 TI 公司在 TMS320C2XX 的基礎(chǔ)上推出的一種專用定點(diǎn) DSP 芯片，該器件利用了TI 的可重用DSP 核心技術(shù)，顯示出TI 的特殊能力一一通過在單一芯片上集成一個DSP 內(nèi)核和各種外設(shè)器件，從而制造出

20、面向各種工程應(yīng)用的DSP 方案。作為第一個數(shù)字電機(jī)控制器的專用DSP ， TMS320C240 和TMS320F240 確立了單片數(shù)字電機(jī)控制器的標(biāo)準(zhǔn)，可支持電機(jī)的轉(zhuǎn)向、指令的產(chǎn)生、控制算法的處理、數(shù)據(jù)的交流和系統(tǒng)控制監(jiān)控等功能?？蓮V泛應(yīng)用于廠房自動化系統(tǒng)、工業(yè)化電機(jī)驅(qū)動和功率轉(zhuǎn)換、供熱、通風(fēng)和空調(diào)( HAVC ) 系統(tǒng)。其主要特性如下：?采用TMS320C2XX CPU 內(nèi)核：有32 位中央邏輯運(yùn)算單元(CALU ); 內(nèi)含 32 位累加器(ACC); 16 位 X16 位并行乘法器；8個16 位輔助寄存器;?具有50ns(20MIPS) 指令周期;?含 544 字節(jié) 16 位在片數(shù)據(jù)/程序

21、雙向RAM ;?帶有16k 字節(jié) Flash EEPROM :?雙向10 位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá)166kHz ;?具有28 個獨(dú)立可編程、復(fù)用I/O 腳；?有串行外設(shè)接口( SPI ) 和 SCI 接口；?自帶強(qiáng)大的事件管理器；(1) 12 路比較 /PWM 通道，其中9 路為獨(dú)立(2) 3 個 16 位通用定時器，共有6 種模式。(3) 3 個具有死區(qū)功能的全比較單元。(4) 4 個捕獲單元。其中兩個具有直接連接正交編碼器脈沖的能力。?帶有實(shí)時中斷的看門狗電路；?支持硬件JTAG 硬件仿真。TMS320F240 采用哈佛結(jié)構(gòu)， 流水線 操作 ， 大大提高了指令執(zhí)行速度。優(yōu)化的CPU

22、結(jié)構(gòu) ， 更加快了指令執(zhí)行速度。TMS320F240 的指令系統(tǒng)是與其它數(shù)字信號處理器一脈相承的 ， 它提供了豐富的乘累加”指令 ； 這使電機(jī)控制中的數(shù)字濾波如IIR、FIR 等 ， 實(shí)現(xiàn)方便快速.2.3 最小系統(tǒng)及外圍擴(kuò)展電路本系統(tǒng)中，DSP 最下系統(tǒng)擴(kuò)展電路設(shè)計如圖所示。主要引腳的接法如下：?與時鐘源模塊相關(guān)的引腳。我們使用DSP 的內(nèi)部振蕩器，此時引腳/OSCBYP 接高電平。而使用內(nèi)部振蕩器，引腳XTAL1/CLKIN 和 XTAL2 分別接外部晶振的一端。時鐘源模塊采用鎖相環(huán)（ PLL ）技術(shù)，對外部時鐘頻率進(jìn)行備頻。得到非常穩(wěn)定的內(nèi)部時鐘。?與存儲器擴(kuò)展相關(guān)的引腳。存儲器擴(kuò)展主要是

23、TMS320F240 內(nèi)部存儲容量有限，同時也考慮到調(diào)試過程中可以方便將程序下載到片外高速SRAM 中，不用頻繁的寫片內(nèi)EPPROM 。存儲器擴(kuò)展采用的是高速靜態(tài)RAM 芯片CY7C199 , 它的存儲容量為32k bytes ，地址總線為15 位， 數(shù)據(jù)總線為8位。在本系統(tǒng)中，使用了兩片CY7C199 ，組成 32k words 的高速存儲器。CY7c199的數(shù)據(jù)存取周期是 10ns,而TMS320F240的CPU周期是50ns,ready 引腳無需連接到存儲器，直接經(jīng)電阻接到高電平?系統(tǒng)復(fù)位引腳。電源復(fù)位使用/PORFSFT 引腳，將其接在阻容電路中，引腳上產(chǎn)生由低到高變化時系統(tǒng)復(fù)位。 /

24、 RS 在作為輸入時作用和/ PORFSFT是相同的，因此將其直接拉高。圖中VCCP 編程電壓接為高，用于調(diào)試和燒寫 flash ，因此看門狗復(fù)位功能可以禁止。在調(diào)試完成后，VCCP 接地，以防止干擾對程序及看門狗的意外操作。. 下載可編輯Dvc V D D D V DD c A D D V D D DJ?110 A00vccMO 92 053 11 /1Sj. Dus I i3|AA60AA71111 A01112 A02yjAAOO 1/ 9115,一 KR52 APROTECT2.2 u1OK. 下載可編輯電流保護(hù)電路2.10 功率驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電路將控制器的輸出信號進(jìn)行功率放大后，向

25、逆變器電路中各功率開關(guān)管送去使其能飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動信號。驅(qū)動電路的工作方式直接影響著開關(guān)管的一些參數(shù)和特性，從而影響著整個電機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。本電路即選用專用的集成驅(qū)動芯IR2130 ，其主要指標(biāo)如下：最大偏置電壓：600V ;輸出的門極驅(qū)動電壓范圍：10 20V;輸出電流Io+/- : 200mA/420mA ;導(dǎo)通/關(guān)斷時間：675&425ns ;死區(qū)時間典型值：2.5 g。IR2130 是一種高電壓、高速度的功率MOSFET 和 IGBT 驅(qū)動器，工作電壓為10? 20V , 分別有三個獨(dú)立的高端和低端輸出通道。邏輯輸入與CMOS 或 LSTTL 輸出兼容，最小可以達(dá)到2.5

26、V 邏輯電壓。外圍電路中的參考地運(yùn)行放大器通過外部的電流檢測電位器來提供全橋電路電流的模擬反饋值，如果超出設(shè)定或調(diào)整的參考電流值，IR2130 驅(qū)動器的內(nèi)部電流保護(hù)電路就啟動關(guān)斷輸出通道，實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的作用。IR2130 驅(qū) 動器反映高脈沖電流緩沖器的狀態(tài)，傳輸延遲和高頻放大器相匹配，浮動通道能夠用來驅(qū)動N 溝道功率MOSFET 和 IGBT, 最高電壓可達(dá)到600V, 工作頻率從幾十赫茲到上百千赫茲。它自帶死區(qū)，內(nèi)部設(shè)計有過流、過壓和欠壓等完善的保護(hù)功能，一旦發(fā)生故障，將自動關(guān)斷全部六 路輸出信道，芯片內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其節(jié)約了多路輔助觸發(fā)電源，大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的

27、可靠性rViMtaTvr r:-iLLiz-rjj. IR2130L&rnGMSCA-HOIY1I件Lac J k.LOCIT功率驅(qū)動電路如功率驅(qū)動電路所示：IR2130芯片可同時控制六個大功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷順序，通過輸出H01, 2, 3分別控制三相全橋驅(qū)動電路的上半橋Q7、Q9、Q11的導(dǎo)通關(guān)斷，而IR2130的輸出LO1 , 2, 3分別控制 三相全橋驅(qū)動電路的下半橋 Q8、Q10、Q12的導(dǎo)通關(guān)斷，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)的目的。在功率驅(qū)動電路中，IR2130使用時還應(yīng)注意如下事項(xiàng)：(1)為滿足自舉電容充電及電容負(fù)載接通與斷開的需要，通常在IR2130 的 VCC 與 VSS 端并

28、接一個容量為自舉電容10 倍以上的電容，我們 選了 220 獷的電解電容。(2) 由于 IR2130 內(nèi)部的六個驅(qū)動器輸出阻抗較低，直接用它來驅(qū)動功率 MOSFET 器件會引起該器件的快速開通和關(guān)斷，這可能造成功率器件漏源極之間的振蕩。這樣，一則會引起射頻干擾；二則有可能造成功率器件因承受過高的dv/dt 而被擊穿。解決的辦法是在功率管的柵極與 IR2130 的輸出之間串聯(lián)一個阻值為30Q的無感電阻。(3) 在 IR2130 用于電機(jī)調(diào)速時，由于負(fù)載電感較大，當(dāng)逆變器中的某個功率管關(guān)斷時，負(fù)載電流會通過逆變器中與此功率管并聯(lián)的二極管續(xù)流。若在此時與該二極管同一橋臂的另一個功率管導(dǎo)通，則在該續(xù)流

29、二極管反向恢復(fù)關(guān)斷的時間內(nèi)，將有一寬度很窄而幅度很大的短路電流，會產(chǎn)生射頻干擾，并引起兩個功率管的漏極兩端的振蕩，導(dǎo)致過高的dv/dt 而損壞功率管。解決的辦法同樣是在功率管的柵極與IR2130的輸出之間并聯(lián)一個合適的無感電阻。2.11 電源電路的設(shè)計J1居FX8VI最后介紹一下本系統(tǒng)所用的電源設(shè)計。12V電壓電源是車載電源控制系統(tǒng)需要5V的供電電壓，7805完成12V到5V的轉(zhuǎn)換。由ICL7660產(chǎn)生所需的電壓。ICL7660是美國哈里斯公司生產(chǎn)的變極性DGDC變換器。通過該DC/DC變換器可以將正電壓輸入變?yōu)樨?fù)電壓輸出，即 Vi與Vo的極性相反。這種變換器利用振蕩器和多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)電壓極

30、性的轉(zhuǎn)換，因而靜態(tài)電流小、轉(zhuǎn)換效率高。另外，ICL7660還具有如下特點(diǎn)：1?工作電壓范圍寬 （+1.5V至10.5V）;2.可將CMOS或TTL的+5V電壓轉(zhuǎn)換成-5V;3徑載時沒有內(nèi)部壓降，轉(zhuǎn)換效率達(dá)99.7% ；4?可采用串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)倍壓輸出。第三章軟件設(shè)計軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，軟件是實(shí)現(xiàn)控制策略的核心之一。在本系統(tǒng)中，我們采用的微處理器是TMS320F240 , 對它的軟件編程包括主電路的電流的檢測，電機(jī)轉(zhuǎn)速的計算，PWM 信號的產(chǎn)生和輸出，換相電路的設(shè)計等。整個程序包括對DSP 程序空間，數(shù)據(jù)空間，外部 I/O 空間，A/D 轉(zhuǎn)換模塊等。DSP320F240PWM 信號的

31、產(chǎn)生可以有多種方式，全比較單元，單比較單元和通用定時器都可以輸出PWM 信號，它們的功能完全類似，可以獨(dú)立的提供PWM 波的輸出。3.1 主程序流程圖main ()/禁止總中斷/系統(tǒng)初始化disable。;initial ();開總中斷/啟動A/D轉(zhuǎn)換A/Di nitial();en able();ADSOC();while (1)1采集轉(zhuǎn) 彳矩信號判斷助力方向常規(guī)主力控制/A/D初始化子程序(發(fā)生if (i=0x10 ) break；/如果已發(fā)生中斷，則停止等待中斷后，i=0x10 )等待中斷發(fā)生A/D轉(zhuǎn)換T1CON二TICON&OxOFFFF; 停止定時器1 ,即間接停止 while (

32、1).下載可編輯3.2A/D轉(zhuǎn)換的初始化A/D 轉(zhuǎn)換子程序( 通過啟動定時器1 的方式間接啟動)void ADSOC()T1CON 二 T1CON|0x40; / 啟動定時器1A/D 中斷服務(wù)子程序void in terrupt adi nt()asm( CLRC SXM ”/抑制符號位擴(kuò)展j 二 RESULTO;/ 取得 RESULT0 的地址for(i=0;i6; / 把 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果右移六位后存入規(guī)定的數(shù)組cesi=ADSULTi ；/檢驗(yàn)每個A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果ADCTRL2=ADCTRL2|0x4200 ；/ 復(fù)位 SEQ1 , 且清除 INT FLAGSEQ1 標(biāo)志寫 1 清

33、0enable () ；/開總中斷，因?yàn)橐贿M(jìn)入中斷總中斷就自動關(guān)閉3.3 捕捉單元初始化記錄轉(zhuǎn)子位置并計算轉(zhuǎn)子速度泅睇選端口電平獲得換相控制字確定正反轉(zhuǎn)并換相恢復(fù)捕捉功能（恢復(fù)嬲函一）為使捕獲單元能正常工作，需要對以下寄存器進(jìn)行設(shè)置：初始化捕獲FIFO狀態(tài)寄存器（CAPFIFOX）,并將相應(yīng)的狀態(tài)位清零設(shè)置通用定時器 的一 種操作模式；如有必要，則應(yīng)設(shè)置相關(guān)通用定時器的比較寄存器和周期寄存器;設(shè)置相應(yīng)的捕獲控制寄存器（CAPCONX）等。int CAP in itial()CAPFIFOA=OxOO; /初始化捕捉單元1的FIFO堆棧狀態(tài)CAPFIFOB=OxOO; /初始化捕捉單元 4、5、6的FIFO堆棧狀態(tài)T2PR=0x0FFFF; /設(shè)置定時器2的周期寄存器為OxFFFFT2CNT=0x0000; T2計數(shù)器清0T2CON=Ox17OC; /通用定時器2為連續(xù)增計數(shù)模式、128分頻，且選用內(nèi)部時鐘源WSGR=0x0000;/禁止所有等待狀態(tài)清除全部中斷標(biāo)志，寫CAPCONB=0