ARM LPC2101的無刷直流電機控制方案

1、arm lpc2101的無刷直流電機控制方案lpc2101是基于16/32位 7cpu嵌入高速flash閃存的微控制器，具備高性能，小體積封裝，低功耗，片上可挑選多種外設等優(yōu)點，應用范圍很廣。其具備的多種32位和16位定時器、10位a/d轉換器和每個定時器上匹配輸出特性，尤其適用于工業(yè)控制。無刷直流電機是一種易驅動電機，適用于變速和啟動轉矩很高的應用，它的用法范圍從大規(guī)模的工業(yè)模具到調光控制的小型電機（12v直流電機），形狀和尺寸也是各式各樣。1 無刷直流電機的基本原理無刷直流電機普通由定子、轉子和金屬殼體等組成，1所示，通過反向極性的吸引產生扭矩使電機運轉。一旦轉子開頭運轉，固定的刷子和轉子

2、部分將不斷反復地銜接、斷開，電動勢和反電動勢在轉子旋轉過程中產生，新的電極總是和定子極性相反。因為這種變換是固定的，因此轉子以一種固定的形式運動。通過給電機施加反向和反向的轉子線圈，使南北極性翻轉，電機轉變其運動旋轉方向。圖1 無刷電機組成速度和電機的扭矩大小是依據電機旋轉產生的磁場強度來控制的，而電機的旋轉能量是依靠于通過電流大小來控制的，因此調節(jié)電機轉子的電壓和電流可以轉變電機的速度。本電機速度的控制是按照lpc2101微控制器的pwm信號的變幻而產生的。2 無刷直流電機的控制2.1 雙向旋轉驅動有刷直流電機的雙向旋轉，可通過全橋驅動轉變電流來實現完成，2所示。這個全橋驅動電路由n通道的管

3、組成，當q2和q3關閉的時候，q1和q4導通電機正相旋轉；當q1和q4關閉時，q2和q3導通電機反相旋轉。圖2 用法全橋電路雙向旋轉2.2 速度控制部分無負載的電機速度與加到電機上的電壓有一定的比例關系，因此通過采樣加載到電機上的電壓，可以控制電機的速度。脈寬調制解調用于產生這種電壓的變幻，3所示。脈寬調制是基于占空比的固定頻率脈寬波形。加載到電機上的平均電壓與pwm占空比成正比關系。圖3 pwm速度控制pwm信號（q1和q2）按照lpc2101微控制器定時器2的3個匹配寄存器打算信號的時基頻率。電機速度（占空比）和方向通過調節(jié)電位器輸入及轉變lpc2101 的輸入數值來控制，4所示。圖4 系

4、統配置2.3 電機反饋部分低功耗電機電流測量是在mosfet和地之間用法電流（參見圖4）。通過電流傳感器的采樣檢測極小電壓；通過在微控制器的前端舉行濾波和放大，電流采集總是在最高級別，在pwm產生之前。這個操作通過外部定時器匹配中斷，中斷后先開頭a/d轉換。轉換數值代表了電機的電流。低功耗無傳感器電機旋轉速度反饋是通過反饋的emf電壓測量（參見圖4）。反電動勢是通過電機轉子旋轉磁場和外部電磁場產生的。換句話說，電機表現得像一個發(fā)電機。rpm和反電動勢電壓是成挺直正比關系的，反電動勢測量是通過mosfet切換完成的（剎車模式）。本文中，bemf測量用于檢測電機是否徹低停止。電壓分壓是用于滿足反電

5、動勢電壓（最高為12v）在03.3 v間的。3 無刷直流電機的應用3.1 選用lpc2102lpc2102（采納lqfp48封裝）是目前l(fā)pc2000系列arm7家族中最小、最廉價的一款頻率高達70mhz的32位cpu處理器；有2 kb的靜態(tài)ram和8kb的片上flash存儲區(qū)。對于用法、ethernet以太網總線，可以選用lpc2000系列中更高級別的處理器。本文中l(wèi)pc2101，其cpu用法代碼空間為3kb，cpu負載小于5%。沒有用法內部外設資源如下：uart、i2c、spi/ssp、rtc、2個定時器和4個a/d輸入，20個未用的i/o口可供用戶擴展用法。設計選用150 w maxon re40電機。在12 v輸入下，無負載的速度是6 920 r/s。最大延續(xù)電流是6a。pwm時基信號對電機噪聲有很大的影響（由于人耳普通能聽到的聲波的頻率范圍是20 hz20khz)，同時影響電機的表現性能。要防止囫圇周期中電流過零（就是通常所說的不延續(xù)的電流狀態(tài)，當電機輕載時），5（b）所示。這種不延續(xù)電流會導致扭矩轉