舵机是飞行器的重要组成部分。其性能指标的优劣直接影响飞行器的制导精度。国内电动舵机采用有刷直流电机以电位器进行位置测量反馈，舵机控制系统的体积大、重量重[1]。采用模拟调节器限制了许多先进控制算法的应用，因而使其定位精度较低，制约了电动舵机的综合性能。

由于无刷直流电机具有高效率、大功率因数、高功率密度、体积小、大转矩、控制简单和维护方便等优点，逐步受到许多公司和研究学者的青睐[2]。应用数字信号处理器(DSP)实现的电机伺服系统可以只用一片DSP替代单片机和各种接口，DSF芯片的快速运算能力，能实现更复杂、更智能化的算法，通过高速网络接口进行系统升级和扩展，可以实现位置、速度和电流环的全数字化控制[3]。

介绍了以TMS320LF2407A DSP为控制核心的无刷直流电机数字控制系统的设计与实现，并给出了实验结果。

1 控制策略

系统是由DSP、IR2130驱动芯片、MOSFET全桥电路、测速电路、电流检测、位置检测构成电流、速度、位置全数字三闭环伺服系统，无刷直流电动机三闭环控制系统如图1所示。

系统的工作原理：当电机处于运行状态时，给定的位置信号Ua与反馈位置信号Ub的偏差经过(位置环)PID调节得到速度的参考值Vg，控制器根据测出的电机反馈位置信息计算出当前转速Vs，Vg与Vs在DSP中进行PI计算(速度环)得到电流的给定电压参考值Uig，电机绕组电流反馈信号经过电流传感器的检测从A/D口送入DSP，经转换得到当前主回路的电流反馈电压值Uif将Uif与Uig进行PI计算(电流环)，用得到的电流调节器的输出去调节占空比，进而控制功率开关管的导通与关断，从而实现对无刷直流电动机位置、转速、电流或转矩的控制。

2系统硬件设计

2．1 PWM产生电路

TMS320LF2407A具有2个在功能和结构上完全一样的事件管理器(EV)模块，EVA和EVB。在每个EV模块中有6个PWM输出引脚，这6个特定的PWM输出引脚可方便地用于控制无刷直流电机[4]。

2．2功率驱动电路

MOSFET全桥电路由6个功率场效应晶体管M0S-FET元件构成，T1，T3，T5三个P沟道M()SFET构成上桥，门级G加负电压时导通。T2，T4，T6三个N沟道MOSFET构成下桥，门级G加正电压时导通。

2．3舵面位置检测

导弹在飞行中通过控制舵面的偏角来控制导弹飞行的方向，因此舵机控制器必须根据制导计算机的给定位置信号来控制舵面的偏转。舵面位置信号检测是通过光电编码盘来实现的。当舵机舵面偏转时，根据DSP中检测到的计数器所计的脉冲数，就可以知舵面当前的位置。给定的舵面位置信号经接口电路送入DSP的ADCIN01端，该信号与当前的位置反馈信号相比较，经DSP的运算处理转化为转速的参考量进行控制。

2．4 转子位置信号的检测与转速检测

位置传感器是无刷电机的关键部件，其作用是向DSP端口正确提供转子位置信息。本系统的转子位置信号传感器由光电编码盘组成。位置检测不但用于换相控制，还用于产生速度的控制量。对于两对极的电机来说，每个机械转有12次换相，也就是说，转子每转过30°机械角度都有一次换相[6]。这样，只要测得两次换相的时间间隔△QT，就可以计算出两次换相间隔期间的平均角速度。因此本系统采用光电编码盘的A信号来控制，通过两次计数器中所计A信号数值的偏差和两次采样的时间间隔，通过微分就可以计算出电机的实际电机转速。

3系统软件设计

在三闭环控制系统中，电流环和速度环均为内环。位置环为外环。电流环的作用是提高系统的快速性，抑制电流环内部干扰，限制最大电流保障系统安全运行，采用PI调节器。速度环的作用是增加系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动，速度环采用PI调节器。位置环的作用是保证系统静态精度和动态跟踪的性能。位置环采用积分分离的PID控制。即在开始跟踪被控量时，先取消积分作用使比例项迅速跟踪偏差的变化，当被控量接近新的设定值
时再将积分作用加入，这样既可以避免超调又可缩短达到稳态的时间，起到了积分校正的作用。

主程序主要是初始化DSP需要用到的控制寄存器(包括设定系统时钟、系统状态寄存器等)、初始化I/O端口(包括设定LF240 7Api片内路复用的1/O)口功能及其极性)、初始化中断设置(确定系统所需要用到的中断类别及中断源)、检测电机的初始位置、初始化所需用到的控制变量等。主程序框图如图2所示。

中断程序主要包括调节子程序、ADC转换中断子程序（位置调节子程序，速度调节子程序，电流调节子程序）等。调节子程序流程图如图3所示。

4实验结果及结论

根据上述原理设计开发了实验系统，电机采用三相六状态120。导通方式，PWM采用上桥恒通，下桥PWM控制的方式。电机以1000O转/分运行时，他的任意导通相如T1和T6管门极的控制波形如图4所示，上面为T6管的信号，下面为T1管高电平信号。

电机绕组的A，B相端电压波形如图5所示。从图中我们可以看出短电压信号较平稳。