基于DSP的伺服电机驱动器程序设计

基于DSP的伺服电机驱动器程序设计，结合TMS320F2806芯片特性及工业级实现标准：

---

一、硬件架构设计

1. 核心电路拓扑

DSP(TMS320F2806)  
├── PWM模块 → IR2110驱动芯片 → IGBT逆变桥  
├── CAP模块 → 霍尔位置传感器 → 位置解码电路  
├── ADC模块 → 电流采样电路（CS010GT霍尔传感器）  
├── SCI模块 → 上位机通信  
└── GPIO → 系统保护电路（过流/过压检测）

2. 关键参数配置

• PWM频率：20kHz（满足IGBT开关特性）
• ADC采样率：1MHz（满足电流环实时性）
• CAP分辨率：12位（位置检测精度±0.1°）

二、软件核心模块

1. PWM初始化（CCS环境）

void Init_PWM(void) {
    EALLOW;
    SysCtrlRegs.PCLKCR0.bit.TBCLKSYNC = 0;  // 关闭时钟同步
    
    // PWM1-6配置
    EPwm1Regs.TBPRD = 1500;        // 周期寄存器（20kHz）
    EPwm1Regs.TBPHS.bit.TBPHS = 0; // 相位偏移
    EPwm1Regs.TBCTL.bit.CTRMODE = TB_COUNT_UP;  // 向上计数
    EPwm1Regs.TBCTL.bit.PHSEN = TB_ENABLE;      // 使能相位加载
    EPwm1Regs.TBCTL.bit.HSPCLKDIV = 0;          // 主频分频
    EPwm1Regs.TBCTL.bit.CLKDIV = 0;             // 分频系数
    
    // 死区配置
    EPwm1Regs.DBCTL.bit.OUT_MODE = DB_FULL_ENABLE;
    EPwm1Regs.DBCTL.bit.POLSEL = DB_ACTV_HIC;
    EPwm1Regs.DBRED = 200;    // 死区时间2μs
    EPwm1Regs.DBFED = 200;
    
    SysCtrlRegs.PCLKCR0.bit.TBCLKSYNC = 1;  // 启动时钟
    EDIS;
}

2. 霍尔信号处理

interrupt void CAP1_ISR(void) {
    PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;  // 清除中断标志
    
    // 读取霍尔状态
    uint16_t hall_state = GPIO_ReadReg(GPIOA_BASE, GPIO_REG_INPUT);
    
    // 换相逻辑（查表法）
    static const uint8_t commutation_table[6] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x05};
    EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA = commutation_table[hall_state] * 1000;  // 占空比设置
}

void Init_Hall_Capture(void) {
    EALLOW;
    GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO0 = 0;  // PA0设为输入
    GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO0 = 2; // 配置为CAP1
    
    // 捕获中断配置
    PieVectTable.CAP1_INT = &CAP1_ISR;
    PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;  // 使能CAP1中断
    EDIS;
}

3. 电流闭环控制

void Current_Loop(void) {
    float I_alpha, I_beta;
    
    // Clarke-Park变换
    I_alpha = Ia;  // Ia为A相电流
    I_beta = (Ib - Ic)/sqrt(3);  // Ib,Ic为B/C相电流
    
    // PI控制器
    static float integral = 0;
    float error = Id_ref - I_alpha;
    integral += error * Ts;
    Vd = Kp*error + Ki*integral;
    
    // 逆Park变换
    float Valpha = Vd;
    float Vbeta = 0;  // 简化模型
    
    // 空间矢量调制
    SVGen_Calculate(Valpha, Vbeta);
}

三、关键算法实现

1. 空间矢量调制（SVPWM）

void SVGen_Calculate(float Valpha, float Vbeta) {
    // 坐标系转换
    float Va = Valpha;
    float Vb = -0.5*Valpha + sqrt(3)/2*Vbeta;
    float Vc = -0.5*Valpha - sqrt(3)/2*Vbeta;
    
    // 扇区判断
    int sector = 0;
    if(Va >= 0) sector |= 0x01;
    if(Vb >= 0) sector |= 0x02;
    if(Vc >= 0) sector |= 0x04;
    
    // 时间计算
    float T1, T2;
    switch(sector) {
        case 1: T1 = (2*Vb + Va)/Vdc; T2 = (2*Va + Vb)/Vdc; break;
        // ...其他扇区处理
    }
    
    // PWM更新
    EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA = T1*PWM_PERIOD;
    EPwm2Regs.CMPA.half.CMPA = T2*PWM_PERIOD;
}

2. 霍尔信号解码

void Hall_Decode(uint16_t hall_state) {
    static uint8_t prev_state = 0;
    static float angle = 0;
    
    // 状态转换表
    static const float angle_table[6] = {0, 60, 120, 180, 240, 300};
    
    if(hall_state != prev_state) {
        angle += (hall_state - prev_state) * 60.0f;  // 每步60°电角度
        prev_state = hall_state;
        
        // 位置反馈更新
        System.Position = angle % 360.0f;
    }
}

四、保护机制实现

1. 过流保护

void OverCurrent_Protection() {
    if(Adc_GetCurrent() > MAX_CURRENT) {
        EPwm1Regs.TBCTL.bit.ENABLE = 0;  // 关闭PWM输出
        GPIO_WritePin(GPIOB_BASE, GPIO_PIN_5, 0);  // 故障指示灯
        
        // 触发系统复位
        SysCtl_Reset();
    }
}

2. 过温保护

void OverTemp_Protection() {
    float temp = Adc_GetTemp();
    if(temp > MAX_TEMP) {
        PWM_Output_Disable();  // 关闭所有PWM通道
        Fan_Control(ENABLE);   // 启动散热风扇
    }
}

参考代码 伺服电机驱动器的原理图和DSP程序 www.youwenfan.com/contentcsj/72932.html

五、调试与验证

1. PWM波形验证

使用示波器观察PWM输出：

• 验证死区时间是否准确（2μs±5%）
• 检查占空比与转速的线性关系

2. 霍尔信号捕获

逻辑分析仪捕获时序：

霍尔信号 | PWM更新时刻
-----------------------------
001      | 0°
011      | 60°
111      | 120°
101      | 180°
100      | 240°
000      | 300°

3. 电流环调试

// 电流环调试输出
printf("I_alpha=%.2f, I_beta=%.2f, Vd=%.2f\n", I_alpha, I_beta, Vd);