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1引言
無(wú)刷直流電機(jī)是近幾年來(lái)小電機(jī)行業(yè)發(fā)展最快的品種之一，隨著視聽(tīng)產(chǎn)品小、輕、薄化和家電產(chǎn)品的靜音節(jié)能化以及豪華型轎車(chē)需求量增多，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)需要量迅速增加；無(wú)刷直流電機(jī)用電子換向替代了電刷和換向器，具有高可靠、高效率、壽命長(zhǎng)、調(diào)速方便、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)近年來(lái)在無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)及控制方面有很多的研究，但與國(guó)外成熟的產(chǎn)品相比還有很多地方值得提高，并且很多無(wú)刷直流電機(jī)生產(chǎn)商都沒(méi)有給出具體的控制方案，因此在無(wú)刷直流電機(jī)控制方面的研究是非常有必要的[1]。
由于無(wú)刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、沒(méi)有勵(lì)磁損耗等問(wèn)題，因此在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。一方面，無(wú)刷直流電機(jī)與其他異步電機(jī)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)如反饋裝置更簡(jiǎn)單、功率密度更高、輸出轉(zhuǎn)矩更大、并且電機(jī)和逆變器各自的潛力得到充分的發(fā)揮，因此無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用和研究得到了前所未有的重視[2]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)表明無(wú)刷直流電機(jī)的使用每年以較高比例增長(zhǎng)。另一方面無(wú)刷直流電機(jī)與有刷直流電機(jī)相比有更多的優(yōu)點(diǎn)如電機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行時(shí)無(wú)火花、電磁干擾小，無(wú)噪聲等，因此具備廣泛應(yīng)用前景。
2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1三相無(wú)刷直流電機(jī)硬件總體構(gòu)架
本控制系統(tǒng)硬件主要由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、RS485接口電路組成，如圖2-
由永磁無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行原理可以知道，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的平均工作電流與轉(zhuǎn)速成反比例函數(shù)關(guān)系，且空調(diào)電機(jī)帶的風(fēng)葉負(fù)載是恒定，也即轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，因此控制無(wú)刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。本系統(tǒng)是速度閉環(huán)系統(tǒng)�；魻栁恢脗鞲衅鞯奈恢眯盘�(hào)經(jīng)信號(hào)處理后送專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片后產(chǎn)生一個(gè)速度脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，再運(yùn)用增量式PI算法，得到PWM控制信號(hào)經(jīng)過(guò)光禍隔離電路驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速。同時(shí)，單片機(jī)還監(jiān)控控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過(guò)流、過(guò)壓等故障時(shí)，單片機(jī)將封鎖PWM輸出信號(hào)，使電機(jī)停機(jī)，并通過(guò)LED電路顯示故障。由于客戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的需求不同，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各部分在保持相互獨(dú)立性的同時(shí)，又留好相應(yīng)的接口以便構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。
2.2控制電路
本系統(tǒng)主硬件控制電路由控制由AtmegaBL單片機(jī)、PWM信號(hào)產(chǎn)生及處理電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、隔離電路及接口電路組成。如圖2-2所示。
PWM產(chǎn)生了之后還要經(jīng)過(guò)處理才能得到想要輸出的輸出信號(hào)。ATmegaBL產(chǎn)生的PWM信號(hào)通過(guò)光電耦合在P521的3腳產(chǎn)生同周期的PWM信號(hào)經(jīng)分壓濾波之后輸出一個(gè)0到6V的用于驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)速電壓，圖中穩(wěn)壓二極管使P521的4腳穩(wěn)到9V, P521的3腳的PWM信號(hào)經(jīng)兩級(jí)RC濾波之后變得平滑，P521起到了主控電路與驅(qū)動(dòng)電路電氣隔離作用。
3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)利用C語(yǔ)言，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化編程。模塊化編程即:將一個(gè)大程序分成若干個(gè)小模塊，各個(gè)模塊保持相對(duì)的獨(dú)立性，模塊之間只靠少量的出之口參數(shù)相聯(lián)系，這樣各個(gè)程序模塊分別設(shè)計(jì)，從而使程序的調(diào)試、修改都變得比較容易;結(jié)構(gòu)化編程即:各個(gè)子程序之間使用良好的轉(zhuǎn)移和調(diào)用，這個(gè)各個(gè)模塊可有效地組合成一個(gè)整體，使流程明確地從一個(gè)程序模塊轉(zhuǎn)移到下一個(gè)程序模塊。
本控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用前后臺(tái)系統(tǒng)，前后臺(tái)系統(tǒng)即一個(gè)死循環(huán)程序加多個(gè)中斷服務(wù)子程序組，主程序初始之前應(yīng)該先關(guān)所有中斷及看門(mén)狗定時(shí)器，以保證初始化時(shí)不受中斷程序及系統(tǒng)復(fù)位成，任務(wù)比較多時(shí)則需要用實(shí)時(shí)打操作系統(tǒng)（RTOS），這樣單片機(jī)的MPU使用率才會(huì)得以提高，各任務(wù)才能實(shí)時(shí)按預(yù)期運(yùn)行。本控制系統(tǒng)軟件包括主程序及中斷服務(wù)程序兩部分。主程序主要由系統(tǒng)初始化、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算及轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)控制組成，主程序完成大部分的功能任務(wù);中斷程序主要對(duì)中斷事件進(jìn)行檢測(cè)并通知主程序進(jìn)行相應(yīng)處理、完成必要的實(shí)時(shí)性功能，這樣做的目的是使中斷不占用太多的CPU時(shí)間，使程序各部分功能能夠可靠地運(yùn)行，本控制系統(tǒng)的中斷程序主要用來(lái)串行中斷接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值、定時(shí)中斷檢測(cè)電流及顯示轉(zhuǎn)速值及相關(guān)故障。本軟件設(shè)計(jì)的程序如圖3-1所示
I/0口初始化主要是設(shè)置端口是輸入還是輸出、輸出的初始值、是否要上拉電阻;A/D初始化主要設(shè)置所要AD轉(zhuǎn)換器的通道、模擬參考電壓以及時(shí)鐘頻率;Max7219的初始化主要是對(duì)內(nèi)部亮度、譯碼方式、掃描位數(shù)等寄存器設(shè)置:串口初始化設(shè)置為多機(jī)通信方式、波特率為9600bit/s, 1位起始位、9位數(shù)據(jù)位、1位停止位;AtmegaBL有三個(gè)定時(shí)器，T0, T2為8位，T1為16位[4-5]。本控制系統(tǒng)中TO用于產(chǎn)生定時(shí)2秒定時(shí)中斷信號(hào)，T2用于產(chǎn)生用戶(hù)設(shè)定速度相對(duì)應(yīng)的PWM波信號(hào)，Tl用于捕捉FG脈沖信號(hào)，從而計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。對(duì)上述量設(shè)置完了之后再開(kāi)中斷及看門(mén)狗，以響應(yīng)中斷服務(wù)程序及以防程序跑飛從而復(fù)位重新運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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