研究直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)--論文

1、 屆本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)論文題目：研究直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī) 電 學(xué) 院 所學(xué)專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間： 摘 要無刷直流電機(jī)是近年來開展起來的一種新型電機(jī)，它利用電子換相代替機(jī)械換向，既具有有刷直流電機(jī)的體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，不存在勵(lì)磁損耗、調(diào)速性能優(yōu)越的特點(diǎn)，又克服了有刷直流電機(jī)由于電刷環(huán)流而引起的磨損，產(chǎn)生火花而又引起噪音，及其對(duì)周圍電路帶來惡劣影響。同時(shí)，無刷直流電機(jī)既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便的一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如醫(yī)療器械、儀器儀表、化工、及計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及家用電器等方面得到了廣泛的應(yīng)用

2、。無刷直流電機(jī)的研究包括:電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究、換向邏輯的研究、位置檢測方法的研究、控制系統(tǒng)的換相控制、正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)控制、速度和電流調(diào)節(jié)等。關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)，控制系統(tǒng)，調(diào)速Study on Brushless DC Motor Control System Software DesignAbstract Brushless DC motor is developed in recent years a new type of motor, it is replaced by the use of electronic exchange of machine-for-to, we have

3、 a brush DC motor small size, light weight.small moment of inertia. there is no loss of excitation, speed control performance superior characteristics, but also to overcome as a result of brush DC motor brush wear and tear caused by circulation. producing sparks and noise. and its impact on the adve

4、rse effects brought about by the surrounding circuit, At the same time, brushless DC motor with AC motor is simple in structure. reliable operation and easy maintenance of a series of advantages. so in many areas has been widely used. such as medical equipment. Instrumentation. chemical engineering.

5、 and computer drives as well as household appliances, etc. receive a wide range of applications. BLDCM study include: the design of the electrical body. reversing the logic of research, methods of position detection and control system for phase control. positive control, brake control, speed and cur

6、rent regulation.Keywords: brushless DC motor, control system, speed目 錄1 緒論11.1 課題背景11.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)11.2.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀11.2.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的開展趨勢(shì)22 無刷直流電機(jī)的工作原理32.1 無刷直流電機(jī)的根本組成及工作原理32.1.1 根本組成32.1.2 無刷直流電機(jī)的工作原理42.2 位置傳感器53 無刷直流電機(jī)的控制策略63.1 無刷直流電機(jī)的主電路根本類型及通電方式63.1.1 三相半控電路63.1.2 三相連接全控電路73.2 無刷直流電機(jī)的控制策略103.2

7、.1 無刷直流電機(jī)的DSP控制系統(tǒng)103.2.2 轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)103.2.3 PWM波控制策略113.2.4 無刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制114 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件局部124.1 開關(guān)電源124.2 控制電路局部134.3.1 基于DSP56F803的控制電路134.3.2 霍爾傳感器135 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)155.1 DSP簡介155.3 主程序設(shè)計(jì)165.4 子程序設(shè)計(jì)176 結(jié)束語22致 謝22參考文獻(xiàn)23附錄程序清單241 緒論1.1 課題背景近二十多年來，電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論以及新材料技術(shù)都得到了迅速的開展，所有這些都推動(dòng)著電機(jī)控制技術(shù)的開展、進(jìn)步。新材料技術(shù)的

8、開展，例如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，給電機(jī)設(shè)計(jì)插上了翅膀，各種新型、高效、特種電機(jī)層出不窮。近年來，永磁電機(jī)的研究十分活潑。采用永磁材料激磁，特別是采用高性能稀土永磁材料，可大大提高電動(dòng)機(jī)效率，縮小電機(jī)體積。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，500W以下的直流微電機(jī)中，永磁電機(jī)占92%，而10W以下永磁電機(jī)占99%。而在無刷化方面，主要是開展無刷直流BLDC (Brushless DC)電機(jī)，以提高產(chǎn)品的可靠性和壽命。而電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的開展更使得電機(jī)調(diào)速技術(shù)得到很快的開展。新的電力電子器件，高性能的數(shù)字集成電路以及先進(jìn)的控制理論的應(yīng)用，使得控制部件功能日益完善，所需的控制

9、器件數(shù)目愈來愈少，控制器件的體積也日益減小，控制器的可靠性提高而本錢日益降低。從而使得電機(jī)的應(yīng)用不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域。而在商業(yè)，家用電器、聲像設(shè)備、電動(dòng)自行車、汽車、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，電子產(chǎn)品正經(jīng)歷著從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)化，在這場數(shù)字化的革命當(dāng)中，DSP(Digital Signal Processor)器件適時(shí)而動(dòng)，取得了飛速的開展。今天，DSP己經(jīng)成為通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制以及家用電器等電子產(chǎn)品中不可或缺的根底器件。由于DSP具有較強(qiáng)的計(jì)算能力和較好的實(shí)時(shí)性，使得算法復(fù)雜的現(xiàn)代控制理論能夠在實(shí)際中得到很好的應(yīng)用，特別是實(shí)時(shí)性要求很

10、高的系統(tǒng)，也可以通過DSP實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能控制算法。在電力傳動(dòng)這個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高的領(lǐng)域，DSP的應(yīng)用越來越多，例如機(jī)器人，機(jī)械手等工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)；火炮位置伺服等軍用設(shè)備；洗衣機(jī)，空調(diào)等家用電器設(shè)備；電動(dòng)自行車等交通工具都用到了DSP控制器電力傳動(dòng)方案。DSP技術(shù)的提高和CPU相似，已經(jīng)成為決定電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素之一。用DSP進(jìn)行電力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是未來電力傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，智能化的開展方向。1.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)1.2.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀國外在無刷直流電動(dòng)機(jī)開展的早期，主要致力于將更加先進(jìn)的電力電子器件和材料應(yīng)用于無刷直流電動(dòng)機(jī)以提高它的性能。但無刷直流電動(dòng)機(jī)在

11、低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過大，這是采用優(yōu)良的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和先進(jìn)的器件所無法從根本上取得突破的瓶頸。在八十年代以后，隨著磁性材料(尤其是高性能的稀土永磁材料)、電力電子器件和專用控制器的迅速開展，明顯改善了無刷直流電動(dòng)機(jī)特性的同時(shí)，人們又把對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)研究的目光轉(zhuǎn)移到電子換向、稀土永磁材料以及智能控制三個(gè)方面，試圖來抑制無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。我國無刷直流電動(dòng)機(jī)的研制工作開始于70年代初期，主要是為我國自行研制的軍事裝置和宇航技術(shù)開展而配套。由于數(shù)量少，由某些科研單位試制就能滿足要求。經(jīng)過20多年的開展，雖然在新產(chǎn)品開發(fā)方面縮短了與國際先進(jìn)水平的差距，但由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是集電動(dòng)機(jī)、微電子、電力

12、電子、控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一身的高科技產(chǎn)品，受到我國根底工業(yè)落后的制約，因此無論產(chǎn)量、質(zhì)量、品種及應(yīng)用與國際先進(jìn)水平有著較大的差距，目前國內(nèi)的研制單位雖不少，但形成一定批量的單位卻屈指可數(shù)，而且其中絕大局部屬于低檔的無刷風(fēng)機(jī)，產(chǎn)品的市場競爭能力不強(qiáng)。但無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用前景十分廣闊，我國的科研單位正致力于吸收國外先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)出具有市場競爭能力的產(chǎn)品。1.2.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的開展趨勢(shì)由于電子元器件已能做到高電壓、大電流，所以目前電機(jī)正向高電壓、大電流開展；正弦波PWM電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)、新的控制方式和策略都使得無刷直流電動(dòng)機(jī)得到進(jìn)一步開展。無刷直流電動(dòng)機(jī)性能的改良離不開高性能材料的應(yīng)用，首先

13、是永磁材料性能的提高，研制和采用磁性能更好，溫度特性更佳，防腐防銹特性更佳，價(jià)格更廉價(jià)的稀土材料是一個(gè)關(guān)鍵。在導(dǎo)電材料上，國外已經(jīng)普遍采用了無氧銅線，它的電阻率小，更可貴的是硬度小，易整形，下線方便。另外，絕緣材料、新型導(dǎo)磁材料、高速運(yùn)行時(shí)的軸承以及結(jié)構(gòu)材料的塑料化都是很有意義的課題。提高無刷直流電動(dòng)機(jī)的性能，應(yīng)該進(jìn)一步解決的問題首先是削弱或消除轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，尤其是用于視聽設(shè)備、電影機(jī)械、計(jì)算機(jī)中的無刷直流電動(dòng)機(jī)，要求運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲。在這些應(yīng)用場合的電動(dòng)機(jī)，大多數(shù)為小功率、小尺寸的電動(dòng)機(jī)。為了改良性能，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬、分析、計(jì)算和比擬。研究氣隙磁場形狀、磁極形狀結(jié)構(gòu)和充磁技術(shù)，選擇適宜的極

14、對(duì)數(shù)和槽數(shù)以及適宜的槽口尺寸。為了滿足各種要求，已開發(fā)了各種類型的無刷直流電動(dòng)機(jī)，如無槽電機(jī)，定子鐵芯無齒槽，定子繞組直接放置于定子鐵芯上；盤式電機(jī)，具有兩個(gè)軸向的氣隙，在小容量的情況下，這種電機(jī)容易做到低噪聲、低震動(dòng)、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、高效率和高功率密度。與有刷直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)應(yīng)，新品種中還包括:無刷直流力矩電動(dòng)機(jī)、無刷直流直線電動(dòng)機(jī)、無刷直流有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)、低慣量無刷直流電動(dòng)機(jī)、電磁超微型電動(dòng)機(jī)等。變結(jié)構(gòu)控制、無傳感器控制、遺傳算法和模糊控制的復(fù)合控制都將使無刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)性能更加優(yōu)越。2 無刷直流電機(jī)的工作原理2.1 無刷直流電機(jī)的根本組成及工作原理2.1.1 根本組成圖1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的

15、結(jié)構(gòu)原理圖無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。它主要由電動(dòng)機(jī)本體、 位置傳感器和電子開關(guān)電路控制器三局部組成。電動(dòng)機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似，但沒有籠型繞組和其他起 動(dòng)裝置，其定子繞組一般制成多相三相、四相、五相不等，轉(zhuǎn)子由永磁鋼按一定極對(duì)數(shù)(2p=2，4, )組成，三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應(yīng)的功率開關(guān)器件連接。在圖2-1中A相、B相、C相繞組分別與功率開關(guān)管(VT1，VT4),(VT3，VT6),(VT5，VT2)相接，磁極位置傳感器跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接。當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將

16、轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號(hào)，去控制電子開關(guān)電路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?。定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，位置傳感器不斷的送出信號(hào)，以改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向始終保持不變，這就是無刷直流電動(dòng)機(jī)的換流原理。由于電子開關(guān)電路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換相器的換相作用。直流電源開關(guān)電路電動(dòng)機(jī) 位置傳感器n圖2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖因此，所謂無刷直流電動(dòng)機(jī)，就其根本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開關(guān)電路、永磁同步電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其原理框圖如圖2所示。2.1.2 無刷直流電機(jī)的工作原理眾

17、所周知，一般的永磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子由永磁磁鋼組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場，其電樞繞組通電后產(chǎn)生電樞磁場。由于電樞的換向作用，使得這兩個(gè)磁場的方向在直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無電刷換向，首先把電樞繞組放在定子上，永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行的，因?yàn)橛靡话阒绷麟娫唇o定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場，它不能與運(yùn)動(dòng)中轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，無刷直流電動(dòng)機(jī)除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電動(dòng)機(jī)的本體以外，還要有位置傳感器、控制電路

18、以及功率開關(guān)共同構(gòu)成的換向裝置，使得無刷直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場，在空間始終保持在左右的電角度。下面以圖2-1和圖2-3為例(兩兩導(dǎo)通、Y連接、三相六狀態(tài))加以簡要說明:圖3 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體位于圖3a所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出磁極位置信號(hào)，經(jīng)過控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管、 導(dǎo)通，即繞組A、B通電，A進(jìn)B出，電樞繞組在空間的合成磁勢(shì)，如圖3a所示。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場相互作用拖動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路徑為:電源正極管A相繞組B相繞組管電源負(fù)極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過600電角度，到達(dá)圖中3b位置時(shí)，位置傳

19、感器輸出信號(hào)，經(jīng)過邏輯變換后使開關(guān)管截至，導(dǎo)通，此時(shí)仍導(dǎo)通。那么繞組A、C通電，A進(jìn)C出，電樞繞組在空間合成磁場如圖3b中。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場相互作用使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路徑為:電源正極管A相繞組C相繞組管電源負(fù)極，依次類推。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針每轉(zhuǎn)過600電角度時(shí)，功率開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為，那么轉(zhuǎn)子磁場始終受到定子合成磁場的作用并沿順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 在圖3a到b的600電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場順時(shí)針連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而定子合成磁場在空間保持圖3a的的位置不動(dòng)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)夠600電角度到達(dá)圖3b中的位置時(shí)，定子合成磁場才從圖3a中位置順時(shí)針躍變至的位置?？梢姸ㄗ与娏鳟a(chǎn)生的磁場在空間不是

20、連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每個(gè)步進(jìn)角為600電角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過600電角度時(shí)，逆變器開關(guān)管之間進(jìn)行一次換流，定子通電狀態(tài)就改變一次?？梢?，電機(jī)有6個(gè)狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩兩導(dǎo)通，每相繞組中流過電流的時(shí)間相當(dāng)于電角度1200。兩兩導(dǎo)通、Y連接、三相六狀態(tài)無刷直流電動(dòng)機(jī)的三相繞組與各開關(guān)管導(dǎo)通順序的關(guān)系如表1。表1 兩兩導(dǎo)通Y連接三相六狀態(tài)時(shí)繞組合開關(guān)管導(dǎo)通順序表電角度3600300024001800120060000導(dǎo)通順序ABCBCABVT1VT2VT3VT4VT5VT62.2 位置傳感器位置傳感器在直流無刷電動(dòng)機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，即

21、將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后去控制定子繞組換相。位置傳感器種類較多，且各具特點(diǎn)。目前在直流無刷電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳感器有以下幾種：電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器和磁敏式位置傳感器。3 無刷直流電機(jī)的控制策略3.1 無刷直流電機(jī)的主電路根本類型及通電方式圖4 三相半控電路圖5 三相半控電路中位置傳感器信號(hào)波形3.1.1 三相半控電路 圖6 繞組通電同轉(zhuǎn)子磁鋼位置的關(guān)系常見的三相半控電路如圖4所示。圖中，、為電動(dòng)機(jī)定子A、B、C三相繞組，、和為三只MOSFET功率管，主要起開關(guān)作用。、和為來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)。在三相半控電路中，要求位置傳感器的輸出信號(hào)1/3周期為高電平，2/

22、3周期為低電平，并要求各傳感器信號(hào)之間的相位差也是1/3周期，如圖5所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鋼位置如圖6a所示時(shí)，要求處于高電平，和均處于低電平。導(dǎo)通，A相繞組通電，由左手定那么可知，在電磁力作用下，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鋼轉(zhuǎn)到圖6b所示的位置時(shí)，處于高電平，和均處于低電平，導(dǎo)通，B相繞組通電，A相繞組斷電。在轉(zhuǎn)子磁鋼同B相繞組產(chǎn)生的電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，到圖6c的位置時(shí)，位置傳感器處于高電平，和均處于低電平， 導(dǎo)通，C相繞組通電。在C相繞組所產(chǎn)生的電磁力作用下，轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而后回到圖6a的位置，再繼續(xù)重復(fù)上述過程。在電流恒定的情況下，三相半控電路轉(zhuǎn)矩波形如圖7

23、所示。圖7 三相半控電路恒電流下的轉(zhuǎn)矩波形3.1.2 三相連接全控電路三相半控電路的特點(diǎn)是簡單。但電動(dòng)機(jī)本體的利用率很低，每個(gè)繞組只通電1/3時(shí)間，另外2/3時(shí)間處于斷開狀態(tài)，沒有得到充分利用。由圖7可知，在運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)較大，從到。所以在要求比擬高的場合，一般均采用三相全控電路。下面著重討論下三相繞組連接的情況。圖8示出了一種三相全控電路，在該電路中，電動(dòng)機(jī)三相繞組為連接。、為六只MOSFET功率管，起繞組的開關(guān)作用。、和為P溝道MOSFET,其柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，、和為N溝道MOSFET，其柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通。它們的通電方式又可分為兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式兩種。圖8 Y連接繞組三

24、相全控橋式電路1兩兩導(dǎo)通方式 所謂兩兩導(dǎo)通方式是指每一瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期600電角度換相一次，每次換相一個(gè)功率管，每一功率管導(dǎo)通1200電角度。各功率管的導(dǎo)通順序是、。當(dāng)功率管和導(dǎo)通時(shí)，電流從管流入A相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組流出的繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩那么為負(fù)，它們合成的轉(zhuǎn)矩如圖9a所示，其大小為，方向在和的角平分線上。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過600后，由通電換成通電。這時(shí)，電流從流入B相繞組再從C相繞組流出，經(jīng)回到電源，此時(shí)合成轉(zhuǎn)矩如圖9b所示，其大小同樣為。但合成轉(zhuǎn)矩的方向轉(zhuǎn)過了600電角度，但大小始終保持不變，圖9c示出了全部

25、合成轉(zhuǎn)矩的方向。圖9 兩兩導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩矢量圖a) 和導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 b)和 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩c) 兩兩導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩矢量圖所以，同樣一臺(tái)直流無刷電機(jī)，每相繞組通過與三相半控電路同樣的電流時(shí)，采用三相連接全控電路，在兩兩換相的情況下，其合成轉(zhuǎn)矩增加了倍。每隔600電角度換相一次，每個(gè)功率管導(dǎo)通1200，每個(gè)繞組通電2400，其中正向通電和反向通電各1200，其輸出轉(zhuǎn)矩波形如圖10所示。圖10 全控橋輸出波形圖到。如將三只霍爾集成電路按相位差1200安裝，那么他們產(chǎn)生的波形如圖11a所示。圖11 全控橋兩兩通電電路原理圖a) 傳感器輸出波形 b) 原理圖2三三通電方式 所謂三三通電方式，是指每一瞬

26、間均有三只功率管同時(shí)通電，每隔600換相一次，每個(gè)功率管通電1800。他們的導(dǎo)通次序是，、，。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，電流從流入A相繞組，經(jīng)B相繞組和C相繞組這時(shí)B、C兩相繞組為并聯(lián)分別從和。經(jīng)過600電角度后，換相到通電，即先關(guān)斷后導(dǎo)通。這時(shí)電流分別從和流入，經(jīng)A相和B相繞組相當(dāng)于A相和B相并聯(lián)再流入C相繞組，經(jīng)流出，合成轉(zhuǎn)矩如圖12b所示。其方向與-C相同，轉(zhuǎn)過了600。再經(jīng)過600電角度后，換相到通電，而后以此類推。它們的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖如圖12c所示。圖12 三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖a) VF6VF1VF2導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 b) VF1VF2VF3導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 c) 三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩3.2 無刷

27、直流電機(jī)的控制策略控制策略指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是對(duì)哪些參數(shù)進(jìn)行控制，如何進(jìn)行控制使電動(dòng)機(jī)到達(dá)規(guī)定的運(yùn)行狀況如規(guī)定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，并使電動(dòng)機(jī)保持較高的性能指標(biāo)如效率、溫升等。本節(jié)給出了無刷直流電動(dòng)機(jī)控制的根本策略，包括無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、正反轉(zhuǎn)控制及PWM波控制。3.2.1 無刷直流電機(jī)的DSP控制系統(tǒng)我們知道，在兩兩導(dǎo)通的情況下無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩根本上和相電流成正比。由這個(gè)結(jié)論可以得到以下的BLDCM 的控制方案：圖13 無刷直流電機(jī)的DSP控制系統(tǒng)在本系統(tǒng)中，三個(gè)霍爾傳感器的信號(hào)分別連接到DSP56F803的PHASEA0、PHASEB0 和INDEX0端口。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的位置信號(hào)情況判斷電機(jī)

28、處于哪個(gè)區(qū)間，并根據(jù)兩次捕獲的時(shí)間差計(jì)算出電機(jī)運(yùn)行速度。此速度作為速度參考值的負(fù)反應(yīng)，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)后，得到參考電流。另外，由霍爾電流傳感器可以得到相電流信號(hào)，此信號(hào)作為的負(fù)反應(yīng)，經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)后，調(diào)節(jié)PWM輸出的占空比，這樣可以根據(jù)電機(jī)運(yùn)行情況而調(diào)節(jié)逆變器IGBT管的導(dǎo)通時(shí)間，使電機(jī)的速度滿足設(shè)定的要求。為了獲得良好的靜動(dòng)態(tài)性能，兩調(diào)節(jié)器一般采用PI 調(diào)節(jié)器，并且兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅決定了電流調(diào)節(jié)器給定電流的最大值，電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅限制了功率管輸出電壓的最大值。3.2.2 轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)本設(shè)計(jì)中，我們采用了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即對(duì)轉(zhuǎn)速和電流都進(jìn)行PI調(diào)節(jié)

29、。其中，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)。1轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是整個(gè)系統(tǒng)的外環(huán)，它使轉(zhuǎn)速隨給定轉(zhuǎn)速變化,靜態(tài)無誤差，并且其輸出限幅為允許的最大限幅，對(duì)負(fù)載的變化起抗干擾能力。本系統(tǒng)通過鍵盤設(shè)定電機(jī)給定速度。速度反應(yīng)信號(hào)與給定的速度信號(hào)相減得到速度誤差，經(jīng)過一個(gè)簡單的PI算法即可得到新的電流參考值：2電流PI調(diào)整電流調(diào)節(jié)器使電流在速度調(diào)節(jié)中跟隨給定轉(zhuǎn)速變化，起動(dòng)時(shí)獲得最大的允許電流，過載時(shí)限制電樞電流最大值，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓起抗干擾能力。其實(shí)整個(gè)電流調(diào)整過程也就是PWM 輸出信號(hào)的變化過程，通過調(diào)整PWM信號(hào)的占空比就可以調(diào)整電流的平均值。PWM 波的脈沖寬度由參考電流與檢測電流之間的誤差決定，

30、調(diào)整過程如下： 式1 式2其中 -為電流反應(yīng)測量值。-為電流環(huán)比例系數(shù)；-為電流環(huán)積分系數(shù)；經(jīng)過一個(gè)PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一定的PWM波。電流誤差的大小正負(fù)決定了PWM波脈寬的變化。當(dāng)?shù)扔诹銜r(shí)，PWM的脈寬不變；當(dāng)過大即參考電流大于實(shí)際電流很多，那么計(jì)算所得的PWM脈寬可能超過PWM周期，就令PWM的脈寬為整個(gè)周期，此時(shí)輸出最寬的PWM波，最快的增大轉(zhuǎn)速；當(dāng)過小為負(fù)值即參考電流小于實(shí)際電流很多，可能使PWM脈寬小于零，那么令PWM的脈寬為零，此時(shí)以較快的速度降低轉(zhuǎn)速。3.2.3 PWM波控制策略本系統(tǒng)采用PWM 波控制方式，通過調(diào)整PWM 波的占空比調(diào)節(jié)繞組電壓平均值，進(jìn)而能間接限制和調(diào)節(jié)繞組電流的大

31、小，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。在這里PWM波頻率是固定的，其占空比根據(jù)電流誤差得到，因而在這種情況下電流與電流的變化率都是可控的。PWM波頻率越高，斬波得到的平均電壓越均勻，電流的脈動(dòng)越小，但頻率的提高卻使電路損耗增大，對(duì)功率管的要求也越高，所以PWM頻率應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇適宜的范圍。本系統(tǒng)PWM頻率設(shè)定為5kHz左右，實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)行效果良好，噪聲較低。3.2.4 無刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制在一般直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，只要改變磁場方向或改變電樞電壓的極性，均可改變其轉(zhuǎn)向。但這些方法均不能適用于無刷直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的磁通量由永磁鋼產(chǎn)生，無法改變方向。由于半導(dǎo)體的單向?qū)ㄐ?，電源電壓反接很不方便，?/p>

32、這種情況下，可以通過控制定子繞組的換相次序來改變其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。4 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件局部4.1 開關(guān)電源電源直接關(guān)系到控制系統(tǒng)是否能夠正常工作，電源的品質(zhì)也影響著A/D轉(zhuǎn)換的精度。本系統(tǒng)使用了性能穩(wěn)定的開關(guān)電源。開關(guān)電源具有體積小、效率高、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，其原理框圖如下： 圖14 開關(guān)電源原理圖工作原理為：380V的交流電經(jīng)過整流電路得到一直流電壓，再由電流控制型脈寬調(diào)制器芯片LT1244來控制大功率MOS管2SK1317不斷的導(dǎo)通和關(guān)斷，對(duì)直流電壓進(jìn)行斬波，然后通過高頻變壓器的降壓作用得到頻率較低的矩形波電壓，最后整流濾波后得到一比擬平滑的直流電壓，為控制電路提供

33、電源。電源通過控制MOS管2SK1317的導(dǎo)通和關(guān)斷的占空比來到達(dá)控制輸出直流電壓的目的。本系統(tǒng)的電源電路產(chǎn)生的電源電壓等級(jí)有：±15V、±12V、+24V和+8V。每種電壓對(duì)不同的模塊進(jìn)行供電。電路轉(zhuǎn)換如圖15所示。風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路霍爾電流傳感器繼電器IC電流采集電路+8V/+5V轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)霍爾位置傳感器轉(zhuǎn)換電路LM358+24V-15V+15V-12V+12V+8V+5V開關(guān)電源DSP圖15 電源分配圖4.2 控制電路局部4.3.1 基于DSP56F803的控制電路電路原理框圖如下：電源電路相電流、母線電壓霍爾位置傳感器模擬量輸出欠壓保護(hù)繼電器驅(qū)動(dòng)IGBT選通信號(hào)斬波電

34、路數(shù)碼顯示鍵盤電路ADCDACPWMGPIO05SCIDECDSP56F803MC68HC908GP32單片機(jī)圖16 控制電路原理框圖系統(tǒng)工作過程如下：上電后，數(shù)碼管顯示初步設(shè)定的轉(zhuǎn)速，此時(shí)數(shù)字處于閃爍狀態(tài)，通過鍵盤的“增加/減少按鈕將轉(zhuǎn)速調(diào)至要求值，按“確認(rèn)鍵后，數(shù)字停止閃爍，表示設(shè)定完成；然后，選擇“正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，按“確認(rèn) 鍵；最后，按“開機(jī)鍵，電機(jī)啟動(dòng)。在電機(jī)運(yùn)行過程中，DSP實(shí)時(shí)檢測相電流、霍爾傳感器的信號(hào)，處理后將電流值和轉(zhuǎn)速值傳送給單片機(jī)進(jìn)行顯示，并根據(jù)霍爾位置信號(hào)決定IGBT的導(dǎo)通次序。同時(shí)，系統(tǒng)檢測母線電壓，接受欠壓中斷；根據(jù)程序進(jìn)行D/A輸出，調(diào)整電流斬波量。另外，在運(yùn)行中可直

35、接通過“增加/減少鍵來調(diào)整轉(zhuǎn)速。按“停機(jī)鍵或系統(tǒng)檢測到有故障發(fā)生，系統(tǒng)封鎖IGBT輸出，電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，最終停止轉(zhuǎn)動(dòng)。4.3.2 霍爾傳感器對(duì)于大多數(shù)有位置傳感器的永磁無刷電機(jī)來說，除了采用光電編碼器之外，其位置信號(hào)通常采用霍爾HALL位置傳感器?；魻栐且环N半導(dǎo)體器件，它是利用霍爾效應(yīng)制成的，其根本原理是將矩形半導(dǎo)體薄片置于磁場中，在薄片兩側(cè)通以電流控制電流，那么在薄片的另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)霍爾電勢(shì),其原理如圖17所示。圖17 霍爾元件原理圖對(duì)于一定薄片的霍爾電勢(shì)E由以下式表示： 式3 式4式中：霍爾系數(shù)；控制電流A；B磁感應(yīng)強(qiáng)度T；d薄片的厚度m；材料電阻率·m；材料遷移率

36、。假設(shè)上式各常數(shù)項(xiàng)用代之，那么： 式5式中霍爾電勢(shì)系數(shù)或稱靈敏度。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾元件的平面法線成一角度時(shí)，那么，實(shí)際上作用于霍爾元件的有效磁場是其法線方向的分量，即。此時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)為： 式6上述霍爾元件所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)很小，在應(yīng)用時(shí)往往要外接放大器，很不方便。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的開展，將霍爾元件與半導(dǎo)體集成電路一起制作在一塊硅片上，這就構(gòu)成了霍爾集成電路。圖18 霍爾元件內(nèi)部原理圖5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 DSP簡介DSP數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信

37、息技術(shù)的飛速開展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的開展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。DSPdigital signal processor是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重

38、要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)： 1在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； 2程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)； 3片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問； 4具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； 5快速的中斷處理和硬件I/O支持； 6具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器； 7可以并行執(zhí)行多個(gè)操作； 8支持流水線操作，使取指、譯碼

39、和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用DSP56F803的C語言編程，實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性和移植性。對(duì)于本系統(tǒng)而言，控制軟件應(yīng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：根據(jù)位置信號(hào)的狀態(tài)決定IGBT通斷信號(hào)的時(shí)序；A/D采集和D/A輸出；啟動(dòng)時(shí)電流斬波；轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)；DSP與單片機(jī)通信功能。本軟件中主要程序模塊為：主程序、定時(shí)中斷、PWM參數(shù)重載中斷、A/D采集、D/A輸出、捕捉中斷、IRQA和IRQB中斷、速度計(jì)算、轉(zhuǎn)速和電流環(huán)PI調(diào)節(jié)以及DSP與單片機(jī)通信等。5.3 主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如下：開始SDK初始化檢測控制信

40、號(hào)啟動(dòng)/停止、正/反轉(zhuǎn)讀取霍爾位置傳感器的信號(hào)根據(jù)位置信號(hào)的不同組合狀態(tài)決定IGBT的導(dǎo)通相序圖19 主程序流程圖主程序主要完成SDK的初始化，斬波電流的初始化以及根據(jù)位置信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)輸出相應(yīng)的相通斷信號(hào)。1SDK初始化SDK初始化子程序主要完成以下模塊的初始化：Ø 相位檢測模塊的初始化；Ø ADC初始化；Ø DAC初始化；Ø 通用輸入輸出口GPIO初始化;Ø 串行外設(shè)接口SPI初始化；Ø 串行通信接口SCI初始化；Ø PWM模塊初始化；Ø 定時(shí)器模塊初始化；2斬波電流的初始化/* Initialize cur

41、rentmax,currentmin */currentset=0x1E; /電流斬波基值Idelt=0x0C; /電流斬波偏移量currentmax=currentset+Idelt;currentmin=currentset-Idelt; gpioIoctl(PortE,GPIO_CLEAR,gpioPin(E,6), BSP_DEVICE_NAME_GPIO_E); write(SerialMaster,(UWord16*) (&dacontrolword), sizeof(dacontrolword); write(SerialMaster,(UWord16 * )(&

42、currentmin), sizeof(currentmin); gpioIoctl(PortE,GPIO_SET,gpioPin(E,6), BSP_DEVICE_NAME_GPIO_E); gpioIoctl(PortE,GPIO_CLEAR,gpioPin(E,7), BSP_DEVICE_NAME_GPIO_E);write(SerialMaster,(UWord16*)(&dacontrolword),sizeof(dacontrolword); write(SerialMaster,(UWord16 * )(&currentmax),sizeof(currentma

43、x); gpioIoctl(PortE,GPIO_SET,gpioPin(E,7), BSP_DEVICE_NAME_GPIO_E); 5.4 子程序設(shè)計(jì)1ADC完成中斷子程序ADC完成中斷子程序主要是計(jì)算采集到的三相相電流和直流母線電壓。設(shè)ADC結(jié)果存放器的值為Value，那么實(shí)際采集的模擬量的值由下式計(jì)算：式7 式中，K為常數(shù)，由傳感器的傳輸比例、采樣電阻值和放大電路決定。另外，該子程序還將測得的電流值與設(shè)定值相比擬，以判斷電機(jī)是否過流或過載。2模擬量輸出子程序該系統(tǒng)DAC應(yīng)用MAX550芯片，該芯片可連續(xù)輸出05V的模擬電壓量。設(shè)輸出存放器的值為D_value，那么輸出的模擬量由下式計(jì)算

44、所得： 式83PWM參數(shù)重載中斷程序在PWM控制存放器中，參數(shù)重載頻率可以設(shè)定，即每1到16個(gè)PWM可重載時(shí)機(jī)重載一次。在中心對(duì)齊方式下，如果半周期參數(shù)重載允許，那么周期開頭和半周期處都屬于可重載時(shí)機(jī)，這個(gè)半周期處就是計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)模值處。如果半周期參數(shù)重載不允許，那么僅僅是在每個(gè)周期開始處屬于可重載時(shí)機(jī)。在邊對(duì)齊方式下，只允許整周期重載。重載允許位LDOK允許重載PWM發(fā)生器的預(yù)分頻因子、PWM計(jì)數(shù)周期、PWM脈寬。LDOK可以防止軟件在計(jì)算好這些參數(shù)之前就重新載入PWM發(fā)生器。將LDOK位置1后的下一次PWM參數(shù)重載時(shí)，這些參數(shù)被載入PWM發(fā)生器。當(dāng)參數(shù)重載發(fā)生后，重載標(biāo)志PWMF將被置位

45、。如果PWM重載中斷允許PWMRIE置位，那么PWMF將產(chǎn)生CPU中斷請(qǐng)求，使得軟件可以實(shí)時(shí)更新PWM參數(shù)。4PWM錯(cuò)誤中斷程序PWM模塊具有出錯(cuò)保護(hù)功能。出錯(cuò)保護(hù)功能模塊可以使任意PWM輸出引腳的組合失效。出錯(cuò)是在任何一個(gè)FAULT輸入引腳上出現(xiàn)的邏輯1產(chǎn)生的。每一個(gè)出錯(cuò)輸入引腳都可以被映射為關(guān)斷某一PWM輸出引腳。5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序通過PI算法進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：取給定值DesiredRatioValue和測量值MeasuredRatioValue.ErrorPk=DesiredRatioValue - MeasuredRatioValue開始PIoutputRk=PIoutputRk_1+Kp*

46、(ErrorPk-ErrorPk_1)+Ki *ErrorPkErrorRk_1=ErrorRk;PIoutputRk_1=PIoutputRk結(jié)束圖20 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序6 電流調(diào)節(jié)子程序通過PI算法進(jìn)行電流調(diào)節(jié)：取給定值由轉(zhuǎn)速環(huán)輸出得DesiredCurrentValue和測量值MeasuredCurrentValue,ErrorCk=DesiredCurrentValue - measuredCurrentValuePIoutputk=PIoutputk_1+Kp*(ErrorCk-ErrorCk_1)+Ki*ErrorCkErrorCk_1=ErrorCk;PIoutputk_1=PIo

47、utput進(jìn)入結(jié)束圖21 電流調(diào)節(jié)子程序7顯示子程序本程序?qū)⑿枰@示的各種數(shù)據(jù)先進(jìn)行處理，將其各個(gè)位分開，再依次送入數(shù)碼管，假設(shè)有故障，那么顯示故障信息。進(jìn)入根據(jù)鍵盤決定顯示轉(zhuǎn)速值或電流值將需要顯示的值經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換送入14489驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示結(jié)束圖22 顯示子程序8 定時(shí)中斷子程序本系統(tǒng)共設(shè)有三個(gè)定時(shí)子程序，分別是：DSP定時(shí)給單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)子程序，速度計(jì)算定時(shí)子程序和電流斬波定時(shí)調(diào)整子程序。Ø DSP定時(shí)給單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)子程序每隔一定時(shí)間把檢測到的電流值和轉(zhuǎn)速值傳送給單片機(jī)顯示；Ø 速度計(jì)算定時(shí)子程序記錄每秒鐘捕捉到的轉(zhuǎn)子脈沖數(shù)；Ø 電流斬波定時(shí)調(diào)整子程序電機(jī)

48、啟動(dòng)一定時(shí)間后調(diào)整電流斬波值。9 速度計(jì)算子程序常用的數(shù)字測速法有兩種，一種是M法測速，即在相等的時(shí)間間隔內(nèi)用讀數(shù)步進(jìn)角脈沖個(gè)數(shù)來算出轉(zhuǎn)速，從而得到轉(zhuǎn)速的測量值；另一種是T法測速，即測出相鄰兩個(gè)步進(jìn)脈沖之間的間隔時(shí)間來計(jì)算轉(zhuǎn)速。a、M法測速步進(jìn)角脈沖信號(hào)由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，定時(shí)器每隔時(shí)間T向CPU發(fā)出一次中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷后，從計(jì)數(shù)器讀出計(jì)數(shù)值并立即將計(jì)數(shù)器清零。由計(jì)數(shù)值的大小即可求出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速測量值。假設(shè)時(shí)間T內(nèi)共發(fā)出m個(gè)步進(jìn)角脈沖，那么轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 式9式中每轉(zhuǎn)的步進(jìn)角脈沖數(shù)。由此可見，轉(zhuǎn)速與計(jì)數(shù)值m成正比，顧冠以M法測速。M法測速比擬適合于高速運(yùn)行時(shí)測速，低速時(shí)測量精度較低。另外，由

49、式5-3可見，M法測速的分辨率值與、成反比，通常為了保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的快速效應(yīng)，改善系統(tǒng)的控制性能，速度檢測時(shí)間即采樣時(shí)間T不可過長，而每轉(zhuǎn)步進(jìn)角脈沖數(shù)一般不大，所以為了提高速度檢測的分辨能力，采用M法時(shí)，需要將脈沖信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后再由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，這時(shí)式5-3中表示每轉(zhuǎn)步進(jìn)角脈沖數(shù)與倍頻之積。b、T法測速T法測速是測出相鄰兩個(gè)步進(jìn)脈沖之間的間隔時(shí)間來計(jì)算轉(zhuǎn)速的一種測量方法。位置信號(hào)傳感器每輸出一步進(jìn)脈沖，都向DSP發(fā)出一次中斷請(qǐng)求，DSP響應(yīng)中斷后，從計(jì)數(shù)器讀出計(jì)數(shù)值并清零，由計(jì)數(shù)值即可算出轉(zhuǎn)速。設(shè)時(shí)鐘頻率為f，兩個(gè)步進(jìn)脈沖間的計(jì)數(shù)值為m，那么步進(jìn)脈沖周期T為： 式10那么轉(zhuǎn)速為： 式11式

50、中每轉(zhuǎn)步進(jìn)脈沖數(shù)。比照式11和式10不難看出T法測速和M法測速剛好相反，轉(zhuǎn)速愈高，測量值m愈小，因此T法較適合于低速場合測速。事實(shí)上，與M法相比，T法測速的優(yōu)勢(shì)就在于低速對(duì)轉(zhuǎn)速的變化具有較強(qiáng)的分辨能力，從而可望提高系統(tǒng)低速運(yùn)行的控制性能。對(duì)于本系統(tǒng)來說，所用的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速較低不超過200轉(zhuǎn)/分,理論上應(yīng)該用T法測速，但由于DSP總線頻率非常高，使得T法測速時(shí)兩個(gè)相鄰脈沖間的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)常溢出屢次，并且傳感器的信號(hào)有尖峰干擾，這樣會(huì)導(dǎo)致測得的兩個(gè)脈沖沿有時(shí)并不是所希望的脈沖間隔，使速度計(jì)算錯(cuò)誤。因此，選用了M法測速，通過檢測一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來計(jì)算轉(zhuǎn)速。該法也受位置傳感器尖峰信號(hào)的干擾，影響測

51、速精度。經(jīng)過摸索，我在測速程序中插入了一段軟件濾波程序，即如果兩個(gè)相鄰脈沖間的計(jì)數(shù)器值小于某個(gè)數(shù)，就認(rèn)定該信號(hào)為尖峰干擾，不計(jì)入m值。濾波程序如下：/ *轉(zhuǎn)速濾波程序* /FirstEdge = SecondEdge & 0x0000FFFF;SecondEdge=qtIoctl(TimerIC_A0,QT_READ_CAPTURE_REG,0, BSP_DEVICE_NAME_QUAD_TIMER_A_0 )|(UWord32)OverloadCounter << 16);measuredPeriod = SecondEdge - FirstEdge;OverloadCo

52、unter = 0; if(measuredPeriod<1000) n_CounterA=n_CounterA+0; else n_CounterA=n_CounterA+1;本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是12對(duì)極的無刷直流電機(jī)，捕捉存放器設(shè)為雙沿捕捉，且只捕捉一個(gè)位置傳感器的信號(hào)，所以如得到1秒鐘的m值，那么轉(zhuǎn)速為： 式126 結(jié)束語本設(shè)計(jì)利用電子換向代替電刷換向，解決直流有刷電動(dòng)機(jī)電刷環(huán)流而引起的磨損和電火花，不僅克服了機(jī)械換向電機(jī)的缺點(diǎn)，又具有交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用DSP56F803的C語言編程，實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性和移植性課題主要完成：1研究了無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理和控制策略。

53、2根據(jù)無刷直流電機(jī)的控制策略，完成了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要的程序模塊有：主程序、定時(shí)中斷、PWM參數(shù)重載中斷、捕捉中斷、A/D采集、D/A輸出、速度計(jì)算、轉(zhuǎn)速和電流環(huán)PI調(diào)節(jié)以及顯示程序等。致 謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)。特別是在課題的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)論文的技術(shù)問題，導(dǎo)師都花費(fèi)了大量的心血，付出了大量的勞動(dòng)，并一直給予我無微不至的指導(dǎo)與多方面的幫助，使我的知識(shí)、能力等各方面都有了很大的進(jìn)步，在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！在課題進(jìn)行期間，學(xué)院為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境。在課題的研究和進(jìn)展中，同組同學(xué)也給予了很大的幫助，這里也一同表示感謝！由于時(shí)間和知識(shí)水平所限，論文中還可能會(huì)有許多紕漏或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1汪海燕無刷直流電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)模糊控制的研究：D，合肥工業(yè)大學(xué)，2004：12 2習(xí)賀勛基于DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī)雙模控制及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)研究D .天津大學(xué)，2004：14 3張琛編著直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)出版社，2004：1423，1281364何希才編