無邏輯換相器件的BLDCM穩(wěn)速控制
張慶超，馬瑞卿
（西北工業(yè)大學自動化學院，西安710072）
摘要：針對一種小功率無刷直流電動機( BLDCM)，采用轉速閉環(huán)控制方法，充分利用C8051F320單片機( MCU)的I/O及外設功能，實現(xiàn)了無數(shù)字邏輯器件換相的單片機的BLDCM的穩(wěn)速控制，并對這種控制方法中出現(xiàn)的問題及解決方法進行了詳細的分析。
關鍵詞：單片機；BLDCM；穩(wěn)速
中圖分類號：TM36 +1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848(2010)07-0077-04
O引 言
通常實現(xiàn)無刷直流電動機( BLDCM)電子換相的方法一般有以下幾種：
② 用可編程的邏輯器件（如CPLD或GAL器件）；
②利用門電路搭建換相邏輯電路；
③利用專用控制芯片；
④利用DSP中的事件管理器模塊或****單片機中的專用控制模塊。
而可編程的邏輯器件或門電路會增加控制器結構復雜程度，專用控制芯片只能適用于有限的應用范圍，使用DSP或****單片機會增加控制器的成本。因此，設計一種利月普通單片機即可實現(xiàn)電子換相的結構簡潔、低成本無刷直流電動機控制器就具有其實際的應用意義，本文基于此思想設計了一種無數(shù)字邏輯器件換相的單片機穩(wěn)速控制器，并對其軟硬件設計及試驗結果進行了詳細的分析。
l控制器硬件設計
1.1系統(tǒng)總體結構框圖
BLDCM無數(shù)字邏輯換相器件的穩(wěn)速控制的主要思想是以普通單片機為控制核心，無需附加額外數(shù)字電路，完成電機的測速、換相、斬波及控制算法的實現(xiàn)，考慮到所用無刷直流電動機的功率及額定電壓都較小，故在系統(tǒng)中對控制電路與功率變換電路采用了非隔離的電氣連接方式，系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。
圖l中，單片機選用C8051F320，其內核為51系列單片機，而驅動電路采用驅動芯片IR2130，功率變換器采用三相橋式逆變器，電機繞組采用星形連接方式，工作于兩相導通三相六狀態(tài)模式。直流母線過壓、欠壓保護利用電阻分壓網(wǎng)絡及C8051F320自帶的兩個比較器實現(xiàn)，過流保護通過采樣主功率電路負壓側串聯(lián)的小阻值電阻兩端電壓，經(jīng)IR2130內部運放放大后送入其ITRIP引腳，當電壓大于內部0.5 V基準時，F(xiàn)AULT引腳變?yōu)榈碗娖�，以此作為輸入單片機的過流中斷指示信號，并由單片機軟件實現(xiàn)過流保護。
2軟件設計
2.1控制策略
控制器穩(wěn)速控制采用轉速閉環(huán)控制策略，輔以過壓、欠壓、過流保護，為了使啟動時電流不至過大，在轉速進入閉環(huán)之前對電機采用軟起動，逐漸增加PWM波占空比，讓電機電壓與轉速平穩(wěn)上升，最終進入轉速閉環(huán)程序，使電機穩(wěn)定運行于系統(tǒng)給定的轉速之上[3]。
單片機主程序流程圖如圖2所示，軟起動程序流程圖如圖2虛線部分所示。
2.2轉速閉環(huán)
轉速閉環(huán)通過捕獲中斷服務子程序完成，其包括測速和PI算法兩部分，程序流程圖如圖3所示。
電機轉速的檢測是利用C8051F320中的捕捉模塊捕捉一相Hall信號的上升沿來觸發(fā)中斷，進入捕獲中斷服務子程序后，再用定時器對Hall信號兩個上升沿之間的時間計時，則電機轉速可由下式計算：
式中，n為電機計算轉速，p為極對數(shù)（本系統(tǒng)所用的永磁無刷直流電動機為6對極），ΔT為定時器測得兩個上升沿之間的時間。
PI控制算法：利用上式計算的結果作為PI算法每一拍所求的電機實際轉速反饋值，PI調節(jié)采用增量式PI算法，只需前盾兩拍的反饋值即可實現(xiàn)電機穩(wěn)速控制，該方法簡單、可靠，在此不再祥述。
2.3編程關鍵問題及解決方法
(1) PWM波的產(chǎn)生
|
