μC／OS-II在無刷直流電動機控制中的應用

陶  源，朱文

(重慶大學，重慶400030)

     摘要：設計了基于嵌人式實時操作系統IxC／OS II的無刷直流電動機轉速電流雙閉環控制系統。介紹了基于單片機dsPIC30F6010A的控制系統硬件結構，詳細說明了μC／OS II任務的分配和設計。μ／OS—II簡化了應用系統軟件的設計，可讀性強，便于維護和擴展功能。

    關鍵詞：μC／OS-II；dsPIC30F6010A；無刷直流電動機；轉速電流雙閉環控制系統

    中圖分類號：TM33  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2010)05—0031—03

0引言

    無刷直流電動機是一種正在快速普及的電機類型。它不用電刷來換向，而是使用電子換向，與有刷直流電動機和感應電動機相比，具有許多優點，如更好的轉速轉矩特性、快速動態響應、高效率、長壽命、運轉元噪聲、較高的轉速范圍等，廣泛應用于家用電器、汽車、航空航天、消費品、醫療、工業自動化設備和儀器等行業。

    μC／OS II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、搶占式的嵌入式實時操作系統。μC／OS—II能管理64個任務，并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管理和中斷服務等功能，具有執行效率高、占用空間小、實時l眭能優良和可擴展性強等特點。本文基于嵌入式實時操作系統μC／OS—II和單片機dsPIC30F6010A設計了一個無刷電動機控制系統。與傳統的前后臺程序不同，基于μC／OS—II操作系統的程序設計，將一個大的應用程序分解成多個任務來完成，能很大程度地降低控制系統開發難度，縮短軟件開發周期。

1無刷直流電動機控制原理

    無刷電動機的換相是通過電子方式控制的。轉子的位置由定子中嵌入的霍爾傳感器檢測，每當轉子磁極經過霍爾傳感器附近，它們就會發出一個高電平或低電平信號，表示轉子的北磁極或南磁極正經過該傳感器。根據三個霍爾傳感器信號的組合，就能確定換相的精確順序，給定子繞組通電，實現無刷電動機的旋轉。常用120。電角度無刷直電動機換相順序及轉繞組通電情況如圖1示。轉子每轉過60。電角度，其中一個霍傳感器就會改變狀態。完成一個電周期需要換相六次。而完成一個機械轉動，要重復的電周期數取決于轉子磁極對數。

2無刷電動機控制系統設計

    無刷電動機轉速電流雙閉環控制系統框圖如圖2所示。外環為轉速環，內環為電流環。轉速環經PID運算后，為電流環提供電流給定。電流環再經PID運算，控制PWM占空比輸出，調節電機的轉速向給定速度變化。電流環的執行頻率要比轉速環高。

    本硬件系統主要由微控制器、M0sFET三相逆變橋電路、功率驅動電路、檢測電路和保護電路構成，圖3為無刷電動機控制系統硬件框圖。dsPIc30F610A是一款專門為嵌入式電機控制應用設計的Mcu，具有輸入電平變化通知引腳、電機控制專用PwM模塊、PwM故障引腳FLTA，可同時采樣最多4路的ADc、串口等外設。cNl3、cNl4、cNl5為輸入電平變化通知(cN)引腳，當霍爾傳感器信號的電平發生變化時，產生電平變化通知中斷，捕捉無刷電動機霍爾傳感器信號。PwMlH～PwM3L可實現6個獨立或3對互補PwM輸出，驅動M0sFET三相逆變橋電路，控制繞組上施加的電壓，改變電機的轉速。無刷電動機在任意換相時刻，只有兩相繞組通電，故只需要一路電流采樣電路。但這種電流采樣為母線電流采樣，需要在PwM高電平的中點采樣電流值，才能得到較準確的相電流值。繞組電流流經采樣電阻，產生的電壓降經運放放大，一路輸入到ADc模塊的輸入通道AN3，進行電機相電流采樣，一路與設定****電流進行比較后，連接到PwM故障引腳F冊A，實現電機的過流保護。

為了提供速度給定，將一個電位器連接到ADc的一個輸入通道AN2。兩個開關用來控制電機的起停和正反轉。串口用來傳送嵌入式實時操作系統的任務運行狀態和電機速度信息給上位機顯示。

3基于μC／0s—II的軟件設計

3．1μC／os—II在dsPIc30F石010A上的移植

在μc／0s—II移植過程中，與應用程序有關的文件是os—cFG H和INcLuDEs．H，與處理器有關的文件有Os_CPU H、0s_CPU—c.c、os_cPll-A．AsM。

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