基于STCC單片機(jī)無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書題 目： 基于單片機(jī)的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級： 電氣自動化 02班 學(xué) 號： 姓 名： 孔令上 指導(dǎo)教師： 文小玲 王振 成 績： 2013年6月21日至7月2日基于單片機(jī)的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計Design of brushless DC motor control system on single-chip microcontroller學(xué) 生 姓 名: 孔令上 指 導(dǎo) 教 師: 文小玲 王振 課程設(shè)計量化評分標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)分值評分要素得分設(shè)計完成情況30能獨立查閱文獻(xiàn)資料，提出并較好地論述課題的實施方案；設(shè)計方案選擇合理，分析、設(shè)計正確，原理清楚；獨

2、立進(jìn)行設(shè)計工作，按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，設(shè)計結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果，有實用價值。報告質(zhì)量20報告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯嚴(yán)密，論述層次清晰，語言流暢，表達(dá)準(zhǔn)確，重點突出，報告完全符合規(guī)范化要求。工作量、工作態(tài)度20工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實。答辯成績30思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點正確；分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚?？?評 成 績答辯記錄答辯時間： 答辯地點： 摘 要電動機(jī)作為機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換裝置,其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活之中。傳統(tǒng)的直流電動機(jī)均采用電刷, 以機(jī)械方法進(jìn)行換向, 存在著相對的機(jī)械摩擦, 由此帶來了噪

3、聲、火花、無線電干擾以及壽命短等致命弱點, 制造成本高及維修困難等缺點,因而大大地限制了它的應(yīng)用范圍。永磁無刷直流電動機(jī)是近年隨著電力電子器件及新型永磁材料發(fā)展而迅速成熟起來的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)，它具有以下特點: 1無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子采用高磁能積的稀土磁鋼作為轉(zhuǎn)子磁鋼, 其轉(zhuǎn)動慣量比鼠籠轉(zhuǎn)子要小, 所以對于給定的轉(zhuǎn)矩能夠響應(yīng)得更快, 控制特性更好。 2無刷直流電動機(jī)的效率比感應(yīng)電動機(jī)高。因為在感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行時, 轉(zhuǎn)子上不會產(chǎn)生銅損和鐵損。 3在相同容量下, 無刷直流電動機(jī)的體積相對要比感應(yīng)電機(jī)小, 重量輕。 4無刷直流電機(jī)的噪音小。 5無刷直流電機(jī)調(diào)速方便, 靈活, 范圍廣。 在分析無刷直

4、流電動機(jī)（BLDCM）數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，提出了一種新型的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)建模仿真方法。在Matlab/Simulink環(huán)境之下，利用無刷電機(jī)關(guān)鍵詞：無刷直流電動機(jī)；電刷；換向器；單片機(jī)AbstractMotor as electromechanical energy conversion devices, and their use has spread invarious fields of national economy and people in their daily life. Traditional DC motor brushes, mechanical method o

5、f commutation, there is a relatively mechanical friction, which bring about the fatal weakness of noise, sparks, radio interference, and short life, manufacturing high cost and maintenance difficulties and shortcomings. thus greatly limiting its scope of application. The permanent magnet brushless D

6、C motor is rapidly maturing in recent years with the development of power electronic devices and new permanent magnetic materials up a new the mechatronics motor, it has the following characteristics: 1. The rotor of the brushless DC motor with high energy product rare earth magnet as the rotor magn

7、et, the squirrel cage rotor inertia ratio is smaller, so for a given torque can respond faster to control features better. 2. The efficiency of the brushless DC motor is higher than the induction motor.Because the induction motor is running, the rotor does not produce the copper loss and iron loss.

8、3. In the same capacity, the volume of the brushless DC motor is relatively better than the induction motor is small, light weight. 4. Brushless DC motor noise. 5 Brushless DC motor speed convenient, flexible, and a wide range Permanent magnet brushless DC motor controller structure has many forms,

9、the initial complex analogue to the recently digital microcontroller as the core, but the new motor control ASIC, brushless DC motor speed control device design a great convenience, integrated analog control chip controlling function, the protection function, stable performance, simple system compos

10、ed of the peripheral circuits required, and strong anti-jamming capability, especially suitable for volume controller, the performance requirements higher occasions. Advantages of a dedicated control chip of course, but often are expensive. In the occasion of some control accuracy is not high, you n

11、eed to be able to have a working stability, price and relatively low-cost controller. This design is based on market demand.IIKeywords: HCCI； Chemical Kinetics； Numerical Simulation；DME；目 錄摘 要IAbstractI1設(shè)計任務(wù)和要求11.1 設(shè)計要求11.2 設(shè)計任務(wù)12系統(tǒng)組成原理12.1無刷電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)12.2直流無刷電機(jī)的換向原理12.3 單片機(jī)控制最小系統(tǒng)12.4光耦隔離電路12.5 濾波電路和限

12、幅電路12.6 保護(hù)電路12.7 主電路設(shè)計12.8 總控制電路設(shè)計12.9系統(tǒng)原理框圖13控制算法與系統(tǒng)軟件設(shè)計13.1轉(zhuǎn)速控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計13.2電流控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計13.3采樣周期選擇13.4控制算法和運(yùn)算流程圖13.4.1算法思路及初始化簡述13.4.2運(yùn)算流程圖13.5系統(tǒng)軟件設(shè)計13.5.1系統(tǒng)初始化程序模塊13.5.2主程序模塊13.5.3編碼脈沖中斷服務(wù)程序模塊13.5.4速度環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊13.5.5電流環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊14仿真（實驗）結(jié)果分析14.1 換向邏輯控制模塊14.2 控制器和控制電平轉(zhuǎn)換及PWM發(fā)生環(huán)節(jié)設(shè)計14.3換相邏輯控制模塊15總 結(jié)1參考文獻(xiàn)

13、1附錄I系統(tǒng)原理圖11設(shè)計任務(wù)和要求1.1 設(shè)計要求 設(shè)計一個以AT89C51單片機(jī)為控制核心的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)包括速度設(shè)定、速度顯示、速度測量、速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、聲光報警等。主電路采用MOSFET三相逆變橋，換向電路可以采用電機(jī)專用芯片。已知無刷直流電動機(jī)額定數(shù)據(jù)為60W/24V，調(diào)速范圍303000r/min，采用霍爾位置傳感器。1.2 設(shè)計任務(wù) 本課題總的設(shè)計任務(wù)如下：（1）完成系統(tǒng)理論與仿真分析1）進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)計算，完成轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計；2）利用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，對整個調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能（給定輸入的跟隨性能和負(fù)載與電網(wǎng)電壓擾

14、動下的抗擾性能）進(jìn)行仿真分析。（2）完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計（包括電路原理圖設(shè)計、參數(shù)計算、元器件選型）1）主電路的設(shè)計；2）單片機(jī)控制電路的設(shè)計a. 單片機(jī)基本系統(tǒng)；b. A/D接口電路；c. 編碼器脈沖輸入接口電路；d. 開關(guān)量輸入輸出電路；e. 電壓、電流采樣電路； f電源電路；g. PWM控制輸出通道及驅(qū)動電路；: ) A8 p- s0 T# : Wh給定輸入通道（撥碼開關(guān)、模擬旋鈕和串行通信接口電路等）。 （3）PCB板的設(shè)計、制作與調(diào)試（根據(jù)時間選做） （4）控制算法設(shè)計 1）電流控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計； 2）轉(zhuǎn)速控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計； & b# H,

15、 i e$ ayG; j1 3）采樣周期選擇； 6 x- e j# : m. n e& I免費(fèi)提供全國各地大學(xué)的精品教學(xué)課件，課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計，論文資源!為大學(xué)生學(xué)習(xí)交流提供課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計論文,習(xí)題答案,課件PPT的下載社區(qū) 4）控制算法和運(yùn)算流程圖。 （5）系統(tǒng)軟件設(shè)計- ; gi5 : s0 w; t2 課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計論文,習(xí)題答案,課件PPT# rQ! D+ d. _x/ X2 Wa系統(tǒng)初始化程序模塊； b主程序模塊； + M. q8 G9 e. G$ B$ uc編碼脈沖中斷服務(wù)程序模塊； / x. g2 r/

16、# i, c: |d給定通道串行通信中斷服務(wù)程序模塊； 2 ) A8 4 7 Q. ; / f% T0 c) 1 Z大學(xué)課件論文設(shè)計e定時中斷服務(wù)模塊； 6 ! o( Y8 y1 A b$ % Q5 k+ U大學(xué)設(shè)計,大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計,畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件- ?0 R# c; 0 C9 G7 g4 Q$ A q大學(xué)設(shè)計,大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計,畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課件PPT,精品課件f速度環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊； . W7 O1 M, v( $ W* x大學(xué)設(shè)計,大學(xué)課程,大學(xué)課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計,畢業(yè)論文,習(xí)題答案,課

17、件PPT,精品課g電流環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊。6 x- e j# : m. n e& I免費(fèi)提供全國各地大學(xué)的精品教學(xué)課件，課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計，論文資源!為大學(xué)生學(xué)習(xí)交流提供課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計論文,習(xí)題答案,課件PPT的下載社區(qū) 文本文主要是完成位置檢測電路和輔助電路的設(shè)計（保護(hù)電路設(shè)計）（1）通過分析比較兩種以上不同結(jié)構(gòu)的晶閘管整流電路組成原理，確定合適的主電路結(jié)構(gòu)；（2）完成主電路參數(shù)計算及其元器件的選型（3）畫出主電路電氣原理圖2系統(tǒng)組成原理2.1無刷電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)無刷直流電動機(jī)屬于三相永磁同步電機(jī)的范疇，永磁同步電動機(jī)的磁場來自電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵。無刷直流電動機(jī)是由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子

18、位置傳感器和電子換相線路3部分組成，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)原理圖和實物圖如圖2-1 圖2-2所示 圖2-1-1 霍爾無刷電機(jī)內(nèi)部原理圖 圖2-1-2 霍爾無刷電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 普通直流電動機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，而定子產(chǎn)生固定不動的磁場。為了使直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，需要通過換向器和電刷不斷的改變電樞繞組中電流的方向，使兩個磁場的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)不斷轉(zhuǎn)動。 無刷直流電動機(jī)為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉(zhuǎn)子做成永磁體，這樣的結(jié)構(gòu)正好與普通電機(jī)相反；然而，即使這樣改變還不夠，因為定子上的電樞通入直流以后，只能產(chǎn)生不變的磁場，電動機(jī)依然不能轉(zhuǎn)動。為了使電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，必須使定子電

19、樞各相繞組不斷的換相通電，這樣才能使定子磁場隨著轉(zhuǎn)子的位置在不斷地變化，使定子磁場與永磁磁場始終保持90度左右的空間角，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 霍爾無刷直流電機(jī)與普通無刷直流電機(jī)相比，只是電機(jī)內(nèi)部多了一個霍爾位置檢測器。其工作原理與無位置傳感器電機(jī)完全一樣，只是在相位檢測時比較方便。2.2直流無刷電機(jī)的換向原理 圖 2-2-1 為常用的三相星形聯(lián)接繞組全橋驅(qū)動電路。全控電路的控制方式分為兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式，其中兩兩導(dǎo)通用的比較普遍。本文采用兩兩導(dǎo)通方式，其三相理想的霍爾信號、反電動勢波形、電流波形與六個導(dǎo)通區(qū)間功率管的通斷關(guān)系如圖 2-2-2所示。 圖2-2-1 三相星型連接全橋驅(qū)動電

20、路 圖 2-2-2 兩兩導(dǎo)通方式換相原理說明圖由圖 2-2-2，運(yùn)行原理分析如下：當(dāng)霍爾位置傳感器檢測到轉(zhuǎn)子處于圖 2-7（a）所示位置時，由圖 2-6 可知，此時位置傳感器的 HA 信號變?yōu)楦唠娖健Ｓ煽刂齐娐穼Ξ?dāng)前的轉(zhuǎn)子位置信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，控制逆變器的通斷狀態(tài)，使 V1、V6 導(dǎo)通，也就是使 A、B 兩相繞組通電。此時電樞繞組產(chǎn)生的磁動勢Fs如圖 2-7（a）所示，F(xiàn)s與定子磁場Fr相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)上述兩個磁場的作用下，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過 60電角度，到達(dá)圖 2-7（b）所示位置。此時霍爾位置傳感器的 HC 信號輸出低電平。經(jīng)過控制電路和驅(qū)動電路的作用，使

21、V1、V2 導(dǎo)通，也就是使 A、C 兩相繞組通電，電樞繞組產(chǎn)生的磁動勢Fs 如圖 2-7（b）所示，此時Fs 與Fr 相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)。 在Fs與Fr的相互作用下，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過 60電角度，電機(jī)的定子繞組就換流一次，sF的方向也躍變一次，所以在一個電角度周期內(nèi)，電機(jī)換相六次，每次有兩相導(dǎo)通，每相繞組正、反向各導(dǎo)通 120電角度。順時針旋轉(zhuǎn)時功率管的導(dǎo)通邏輯依次為 V5V6、V1V6、V1V2、V3V2、V3V4、V5V4、V5V6，如圖 2-2-1所示，在此期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。而對于電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)的控制，只需要將各個功率管的導(dǎo)通順

22、序按照逆時針旋轉(zhuǎn)時的導(dǎo)通次序依次導(dǎo)通各相定子繞組，就可以實現(xiàn)電機(jī)的逆時針旋轉(zhuǎn)控制。附上如下星形連接二二導(dǎo)通方式的正轉(zhuǎn)通電規(guī)律，見表2-1通電順序正轉(zhuǎn)（逆時針）轉(zhuǎn)子位置（電角度/（）06060120120180180240240300300360開關(guān)管序號1、22、33、44、55、61、6A相+-+B相+-C相-+表2-2-1 星形連接二二導(dǎo)通方式的正轉(zhuǎn)通電規(guī)律 此外，由于換相控制邏輯與位置傳感器定轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體定轉(zhuǎn)子的相對位置直接相關(guān)，所以不同的位置傳感器安裝位置，決定了不同的換相控制邏輯。如下給出轉(zhuǎn)子位置與霍爾傳感器輸出脈沖的對應(yīng)圖。見圖2-2-3.圖 2-2-3 無刷直流電機(jī)霍爾傳感器工

23、作示意圖2.3 單片機(jī)控制最小系統(tǒng)此次設(shè)計采用的是AT89C51單片機(jī)來實現(xiàn)的控制，單片機(jī)的最小系統(tǒng)是能夠讓單片機(jī)工作的最小硬件電路。除了單片機(jī)外，一般包括單片機(jī)的供電電路、復(fù)位電路和時鐘電路等。如圖2-3-1圖2-3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.4光耦隔離電路由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機(jī)數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點是：信號

24、單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦隔離就是采用光耦合器進(jìn)行隔離,光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離作用。圖2-4-1 光耦隔離電路2.5 濾波電路和限幅電路 此次課程設(shè)計中由于是數(shù)字控制，所以在信號的傳輸過程中，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，但是在A/D轉(zhuǎn)換之前，需要將已有的信號高次諧波濾去，然后經(jīng)過限幅電路再傳給A/D轉(zhuǎn)換器圖2-5-1二階低通濾波電路圖2-5-2

25、 限幅電路2.6 保護(hù)電路2.7 主電路設(shè)計 本次課程設(shè)計中，主電路由整流電路、緩沖電路、逆變電路等組成，從而驅(qū)動無刷直流電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2-7-1 主電路設(shè)計2.8 總控制電路設(shè)計 由于時間有限，為了硬件電路的簡便和軟件編程易于實現(xiàn)，本次設(shè)計采用了無刷直流電機(jī)的專用芯片Si9979CS。 Si9979CS可用于控制三相和單相無刷直流電機(jī)。要求無刷直流電動機(jī)帶有霍爾傳感器，可選擇相位差為60或120電角度的傳感器位置關(guān)系。該芯片內(nèi)部集成電壓調(diào)節(jié)器，允許使用2040V寬范圍直流功率電源。集成自舉電路和充電泵電路，可以為上橋臂開關(guān)管驅(qū)動電路供電保護(hù)功能：直流保護(hù)、電流限制和欠壓保護(hù)。當(dāng)有故障信號輸出

26、時，表示可能出現(xiàn)欠壓、過流、失效或傳感器信號錯誤組合。2.9系統(tǒng)原理框圖 圖2-9-1總體設(shè)計原理框圖 考慮成本問題，主控芯片選用市場上普通AT89C51單片機(jī)作為主控中心，單片機(jī)輸出與輸入的信號先經(jīng)過光耦隔離（目的消除干擾），運(yùn)行時，首先采集電機(jī)的霍爾信號送主機(jī)進(jìn)行處理，同時輸出相應(yīng)的控制字，六個功率管分成上下臂兩部分，通過控制字來控制上下臂有序的導(dǎo)通，從而達(dá)到電機(jī)三相有序通電，使電機(jī)有序運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，單片機(jī)對采集到的霍爾信號做相應(yīng)判斷，對轉(zhuǎn)速做到實時測量，并將測量結(jié)果送外圍顯示電路顯示。總體設(shè)計原理圖如圖2-4所示。3控制算法與系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1轉(zhuǎn)速控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為了實現(xiàn)零靜差

27、，參考書上的設(shè)計方法，采用工程設(shè)計方法設(shè)計典型I系統(tǒng)的速度控制器。傳遞函數(shù)如下：參數(shù)如下：1. KS=24.57；2. ts=0.087；PI實現(xiàn)流程圖如下：圖3-1-13.2電流控制器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為了實現(xiàn)零靜差，參考書上的設(shè)計方法，采用工程設(shè)計方法設(shè)計典型I系統(tǒng)的速度控制器。傳遞函數(shù)如下：參數(shù)如下：1. KI=0.019；2. ti=0.002;3.3采樣周期選擇根據(jù)使用的Si9979CS芯片，測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)這個轉(zhuǎn)速得出采樣周期。軟件測出電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60度的時間dt，采樣轉(zhuǎn)速位轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過120采樣一次，故:Tsam=23.4控制算法和運(yùn)算流程圖3.4.1算法思路及初始化簡述1.ADC

28、0809采樣：依照ADC0809數(shù)據(jù)手冊，將IN0設(shè)置為采樣，即為采樣轉(zhuǎn)速給定號地址為ADDA0=0,ADDA1=0,ADDA2=0.將IN1設(shè)置為電流采樣信號，ADDA0=0,ADDA1=0,ADDA2=1。參考電壓為+5V。2.ASR、ACR參數(shù)初始化：兩環(huán)當(dāng)前誤差輸入e1、e2以及前一采樣時刻誤差e11、e22 輸入均為0；兩環(huán)當(dāng)前輸出值ui、uc以及前一采樣時刻輸出值uii、ucc均為0；由PWM要求和單片機(jī)定時器精度給定ucmax和uimax。具體過程如下：設(shè)將某下管導(dǎo)通的120內(nèi)的調(diào)速PWM波分成10周期?？傻妹恐芷跁r間（按3000r/min計算）為2dt/10=dt/5。一周期內(nèi)

29、高電平時間為。假設(shè)uc=1，則一周期PWM內(nèi)高電平最短時間為。由于dt最小值（對應(yīng)3000r/min）為約3.3ms，單片機(jī)延時最小精度為1us（12Mhz晶振），故推斷分析有ucmax=100。這樣，最高速下，PWM一個周期內(nèi)高電平最短時間（此時uc=1）為6us。再設(shè)置uimax。知e2max=uimax。假設(shè)uimaxKi=ucmax。得uimax=5263。假設(shè)，這樣一來，e1max=214.21。而實際上e1輸出的最大值為100=314.1。意味著實際上，調(diào)速變阻器瞬間給定到三分之二的位置時候ASR就已經(jīng)飽和了。此時的速度給定值就對應(yīng)調(diào)速范圍最大值3000r/min。這也是本程序最大

30、的不足。限于時間有限，并未解決。3.電流檢測中的初始化:在電流檢測中，由于,i=故=1403.57。在程序中直接給出了的數(shù)值，并未設(shè)置變量表示。4轉(zhuǎn)速檢測：本文采用的Si9979CS芯片，在轉(zhuǎn)子每次轉(zhuǎn)過60的時候會輸出一個低脈沖，這個脈沖引發(fā)中斷，并在第一次進(jìn)入中斷的時候開定時器，第二次進(jìn)入的時候關(guān)定時，讀出轉(zhuǎn)動60所需要的時間，循環(huán)往后，由此可以確定轉(zhuǎn)速?？梢钥闯?，測速方式為T法測速。更具T法測速計算測速誤差的公式可以得出即使在最高速時，=0.03%，在本設(shè)計中該誤差可以忽略，在更高精度的設(shè)計中，這是不行的。并可以發(fā)現(xiàn)，采樣周期為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過120所需時間。5.數(shù)字PI調(diào)節(jié)器設(shè)計思路：ASR、A

31、CR控制算法采用積分分離的增量式數(shù)字PI算法，這樣一來，在大偏差時可快速響應(yīng)輸入的變化，同時也實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無靜差。具體算法公式略。PI實現(xiàn)流程圖如圖3-4-1。在ASR中。對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為100r/min，即為給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速之差為100r/min為積分分離的臨界值。圖3-4-13.4.2運(yùn)算流程圖、圖3-4-23.5系統(tǒng)軟件設(shè)計3.5.1系統(tǒng)初始化程序模塊void read_speed_online()/測速初始化模塊EA=1;ET0=1;TL0=0;TH0=0;TMOD=0X01;/定時器0工作在方式1；EX1=1;IT1=1;3.5.2主程序模塊void main()uint8 t;read

32、_speed_online();EX0=1; /診斷后剎車用中斷IT0=1;while(1)tsam=2*dt;/采樣周期實時更新read_speed_set();e1=w0-w;if(e1=0)ui=uii;goto next1;if(e1)(10*3.14/3)/比例算法ui=ks*e1;else/增量式PI算法 ui=uii+(ks*(e1-e11)+(1/ts)*tsam*e1);if(ui=uimax)ui=uimax;next1:uii=ui;e11=e1;/asr 完成read_i_online();e2=ui-i;if(e2=0)uc=ucc;goto next2; if(e2

33、)1)/比例算法uc=ki*e2;else/增量式PI算法 uc=ucc+(ki*(e2-e22)+(1/ti)*tsam*e2);if(uc=ucmax)uc=ucmax;next2:ucc=uc;e22=e2;/acr 完成doPWM=1;delay(uc*dt/500);if(dt!=0)PWM=0;delay(1-(uc/100)*(dt/5);while(inter2%2)=1);/每個管子導(dǎo)通120的時間分成10份，ucmax=100。/PWM完成3.5.3編碼脈沖中斷服務(wù)程序模塊void protect() interrupt 0BRK=1;void speed_online()

34、 interrupt 2inter2+;if(inter2%2)=1)TR0=1;if(inter2%2=0)TR0=0;dt=0x0000|TH0;dt=8;dt|=TL0;dt=dt/;/轉(zhuǎn)換成秒w=3.14/(3*dt);TL0=0X00;TH0=0X00;3.5.4速度環(huán)采樣和調(diào)節(jié)控制模塊void read_speed_online()/速度環(huán)采樣初始化EA=1;ET0=1;TL0=0;TH0=0;TMOD=0X01;/定時器0工作在方式1；EX1=1;IT1=1; void speed_online() interrupt 2/中斷法采樣速度inter2+;if(inter2%2)=

35、1)TR0=1;if(inter2%2=0)TR0=0;dt=0x0000|TH0;dt=0。因為u2路連接的是Input3即轉(zhuǎn)速偏差信號，當(dāng)u2大于0時可知電機(jī)轉(zhuǎn)速要小于給定轉(zhuǎn)速，所以電機(jī)要加速，因此Switch模塊選擇u1路信號輸出，而u1路信號連接的是EMF2ControlSingal Forward子系統(tǒng)也即正轉(zhuǎn)譯碼子系統(tǒng)的輸出，這正滿足了電機(jī)需要正向加速運(yùn)行的要求。反之當(dāng)u2小于0時亦可推出同樣的結(jié)論。無刷直流電機(jī)的可逆調(diào)速便由此得以實現(xiàn)。4.2 控制器和控制電平轉(zhuǎn)換及PWM發(fā)生環(huán)節(jié)設(shè)計基于無刷直流電機(jī)的速度控制系統(tǒng)的控制方法可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩大類。常用的控制方法一般為雙閉環(huán)

36、調(diào)速，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)（轉(zhuǎn)矩環(huán)），外環(huán)為速度環(huán)（電壓環(huán)）。電機(jī)正常運(yùn)行及基速以下運(yùn)行時，一般通過PWM調(diào)制改變電樞端的輸入電壓來實現(xiàn)速度可控制，而電機(jī)的基速以上運(yùn)行常采用相電流提前導(dǎo)通、輔助勵磁等手段實現(xiàn)的弱磁控制技術(shù)來完成。圖4-2-1 無刷直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型本設(shè)計采用了轉(zhuǎn)速單閉環(huán)的控制方法轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以直接調(diào)用simulink中的傳遞函數(shù)或零極點模塊，這些模塊是線性的，為了充分反映在飽和和限幅非線性影響下調(diào)速系統(tǒng)的工作情況，需要構(gòu)建考慮飽和和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器，線性PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 (4-1)式中：-比例系數(shù)，-積分系數(shù)，考慮飽和和輸出

37、限幅的PI調(diào)節(jié)器中比例和積分調(diào)節(jié)分為兩個通道，其中積分調(diào)節(jié)器integrate的限幅表示調(diào)節(jié)器的飽和限幅值，而調(diào)節(jié)器的輸出限幅值由飽和模塊saturation設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)器用作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR時，在起動中由于開始轉(zhuǎn)速偏差大，調(diào)節(jié)器輸出很快達(dá)到輸出限幅值，在轉(zhuǎn)速超調(diào)后首先積分器退飽和，然后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出才從限幅值開始下降。圖4-2-2 PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)4.3換相邏輯控制模塊此模塊的功能為將3霍爾傳感器信號與結(jié)合PWM信號和轉(zhuǎn)速偏差信號譯碼產(chǎn)生逆變橋開關(guān)器件的控制信號，從而實現(xiàn)對逆變橋的受限式單極性控制和無刷直流電機(jī)的可逆調(diào)速。此模塊結(jié)構(gòu)如下圖：圖4-2-3 系統(tǒng)Decoder模塊此模塊有3個輸入端

38、一個輸出端，它們分別為：Input1：三個霍爾信號Input2：PWM信號Input3：轉(zhuǎn)速偏差信號Output1：逆變橋開關(guān)器件控制信號此模塊的重點在于Hall2EMF Decoder、EMF2ControlSingal Forward、EMF2ControlSingal Backward三個子系統(tǒng)，它們結(jié)合起來共同實現(xiàn)了無刷直流電機(jī)的換相邏輯控制，下面重點敘述其設(shè)計原理。無刷直流電機(jī)的驅(qū)動方式與傳統(tǒng)直流電機(jī)有著根本的區(qū)別。相對于傳統(tǒng)直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)驅(qū)動裝置要復(fù)雜一些。驅(qū)動無刷直流電機(jī)的核心問題是定子多相繞組要配合轉(zhuǎn)子磁極的位置按一定次序通電也即換相，從而使定子與轉(zhuǎn)子的磁場相互作用產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩。下面將以采用兩兩通電方式的三相兩極無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)為例，對其驅(qū)動過程進(jìn)行系統(tǒng)的分析。 此二圖分別為EMF2ControlSingal Forward、EMF2ControlSingal Backward子系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們實現(xiàn)了將反電動勢正負(fù)信號譯碼為逆變橋開關(guān)器件控制信號。下面的表4-3到表