基于AVR單片機的無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計
吳耀春，亢鳳林
（安陽工學(xué)院，河南安陽455000)
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：E
文章編號：1004—70埔(2010)05—0074—0l
0 引言
ATmegal8是ATMEL公司推出的一款A(yù)VR增強型單片機，內(nèi)置nash的精簡指令集(RIsc)高性能低功耗cM0s微處理器。本文探討了以ATme酣8單片機為核心無刷直流電機控制系統(tǒng)和控制策略。
1系統(tǒng)硬件構(gòu)成和工作原理
1.1控制電路設(shè)計
系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示，它包括一個以A1_m。gal8為核心的單片機控制板，一塊配套的電機控制驅(qū)動板和一臺無刷直流電動機。
控制板部分以A1_me鰣8為核心，加上一部分外圍電路及接口構(gòu)成。主要功能是控制指令的接收和執(zhí)行，速度檢測信號的接收和計算處理，電流采集信號接收和轉(zhuǎn)換，速度閉環(huán)和電流閉環(huán)控制算法的執(zhí)行等。
電機控制主要通過對驅(qū)動模塊的控制來實現(xiàn)。利用AT一megal8內(nèi)部集成的3個可實現(xiàn)任意相位和頻率可調(diào)的PwM通道，產(chǎn)生驅(qū)動功率芯片所需的PwM信號，通過速度檢測電路采集驅(qū)動模塊在驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)時TAcH產(chǎn)生的速度脈沖信號，進行電機轉(zhuǎn)速的計算和存儲，作為速度環(huán)的參考信號。利用內(nèi)部集成的A／D轉(zhuǎn)換通道對相電流Iphase進行轉(zhuǎn)換和存儲，作為電流環(huán)的反饋信號。通過單片機的I／0與驅(qū)動模塊的控制接口相連，PBl口輸出電機的起動停止信號，PD6口輸出電機的正反轉(zhuǎn)信號，PB0、PB4、PB5、PB6口輸出組合信號，實現(xiàn)電機不同的緊急制動模式等。通過片上的相應(yīng)引腳和485串行通信模塊與Pc機通信，接收上位機的控制指令。
1.2驅(qū)動模塊電路設(shè)計
驅(qū)動模塊的硬件電路主要由電機驅(qū)動芯片及其外圍電路組成，實現(xiàn)對控制部分傳送過來的驅(qū)動信息進行處理，以此來控制電機的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。除此之外，還有電源電路、電流檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、過流保護電路和緊急制動等輔助電路，以及電機和控制板的接口電路。具體電路如圖2所示。
電機驅(qū)動芯片采用AⅡegr0公司的DMOs三相電機驅(qū)動芯片A3936，它具有集成度高、可靠性好、速度快、過流欠壓及過熱保護、調(diào)試方便等特點。A3936內(nèi)部集成可編程混合快
慢電流衰減模式，外部速度控制回路轉(zhuǎn)速計輸出，交叉電流保護和內(nèi)部欠壓鎖定及過熱關(guān)機電路。
驅(qū)動電路采用+24 V供電，電機的起動和運轉(zhuǎn)由ENA—BLE引腳輸入的PwM信號控制，電機的轉(zhuǎn)動方向由DIR控制，置高，電機正傳，反之則反轉(zhuǎn)。BRAK}：引腳置高，PFD2、PFl)1引腳分別取11，快衰減緊急制動；10，以48％的速率衰減制動；01，以15％的速率衰減制動；00，慢衰減制動。RFE是一個_口J調(diào)電阻，調(diào)整驅(qū)動電機的保護電流。
2控制策略
理想的無刷直流電動機的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩公式如下：
式中：Np為總導(dǎo)體數(shù)；B為永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密；l為轉(zhuǎn)子鐵心長度；t為轉(zhuǎn)子半徑；ω為轉(zhuǎn)子機械角速度；is為定子電流由以上公式可以看出，其轉(zhuǎn)速與電壓成正比，轉(zhuǎn)矩與相
電流成正比。為了達到控制精度和動態(tài)性能，本系統(tǒng)選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3所示。  飛利浦FC9066吸塵器的特點是吸塵器輕巧、低噪聲，使用電機罩空間小，電機�。坏σ�，勢必功率大，轉(zhuǎn)速升高。
優(yōu)點：電機的機械特性硬，裝人吸塵器壓降少，效率損失少，但轉(zhuǎn)速高；缺點：電樞換向周期Tk 極短，這就大大增加換向元件的感應(yīng)電勢，惡化換向，增加火花。另外，高速碳刷和換向器的磨損、振動、沖擊和轉(zhuǎn)子不平衡等急劇增加，又會嚴重惡化換向，縮短電機壽命。這就要求使用的零件材料質(zhì)量均要提升，換向器要求耐高速，碳刷要求耐磨且耐高轉(zhuǎn)速變化，壓制火花能力加強，電機使用絕緣系統(tǒng)要提高，轉(zhuǎn)子的動平衡精度要提高，配件配合精度提高等。
對于上述缺點，飛利浦吸塵器電機采取下列四項措施。
(1)電機尺寸減小。鐵心疊厚減少至18 mm，使用鐵損小的硅鋼片(相當于國產(chǎn)的35w230，疊厚比常規(guī)減少29％)，這可減小高速帶來的振動、沖擊，減小電抗電勢、電樞 |
