第三章無刷直流電動機PWM 控制方案(共13頁)

1、第三章、用EL-DSPMCKIV實現(xiàn)(shxin)無刷直流電動機PWM 控制(kngzh)方案實驗(shyn)概述：本實驗是一個無刷直流電動機的PWM控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單，用到的模塊也較少。下面給出每個模塊的輸入與輸出量名稱及其量值格式（一）、無刷直流電動機PWM 控制原理簡介無刷直流電動機從結(jié)構(gòu)上講更接近永磁同步電動機（我們在下一章節(jié)中做詳細(xì)介紹），控制方法也很簡單，主要是通過檢測轉(zhuǎn)子的位置傳感器給出的轉(zhuǎn)子磁極位置信號來確定勵磁的方向，從而保證轉(zhuǎn)矩角在90 度附近變化，保證電機工作的高效率。定子換相是通過轉(zhuǎn)子位置信號來控制，轉(zhuǎn)矩的大小則通過PWM的方法控制有效占空比來調(diào)控。我公司提供過兩種直流

2、無刷電機，一種以前提供過的57BL-02直流無刷電機的額定電壓為24V，額定轉(zhuǎn)速為1600rpm，轉(zhuǎn)子極數(shù)為4，也就是2 極對，還有一種是現(xiàn)在提供的57BL-0730N1直流無刷電機，該電機額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，轉(zhuǎn)子極數(shù)為10，也就是5極對，這兩種電機的轉(zhuǎn)子位置都由霍爾傳感器提供，同時由此計算出電機的轉(zhuǎn)速，控制程序樣例沒有電流環(huán)。（二）、系統(tǒng)組成方案及功能模塊劃分本實驗為開環(huán)和閉環(huán)實驗，通過幾個模塊信號處理最終用BLDCPWM模塊產(chǎn)生IPM驅(qū)動信號來控制直流無刷電機轉(zhuǎn)動。下圖為一個開環(huán)控制(kngzh)的系統(tǒng)功能框圖，參考占空比信號經(jīng)由RMP2CNTL 模塊(m kui)處理，變成緩變信號

3、送到PWM產(chǎn)生模塊(m kui)?；魻杺鞲衅鞯妮敵雒}沖信號，經(jīng)由DSP的CAP1、CAP2、CAP3端口被DSP獲取。通過霍爾提供的轉(zhuǎn)子位置信息HALL3_DRV模塊判斷轉(zhuǎn)子位置，并將該轉(zhuǎn)子位置信息通過計數(shù)器傳遞給BLDC_3PWM_DRV 模塊，該模塊通過占空比輸入、設(shè)定開關(guān)頻率以及轉(zhuǎn)子的位置信息產(chǎn)生相應(yīng)的PWM 信號作用于逆變器中的開關(guān)管，從而驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)。（三）、系統(tǒng)(xtng)測試步驟和方法進行該系統(tǒng)測試的前提是已經(jīng)在電腦(dinno)上安裝好CCS3.3版本的軟件了，我們(w men)提供的軟件是在CCS3.3 版本下進行調(diào)試的，尤其是我們提供的工作環(huán)境wks 文件是在此版本下保存

4、的，在不同的版本下并不兼容，所以建議客戶安裝CCS3.3 版本，如果非要在CCS 其他版本下運行該套軟件，請客戶自行建立工作環(huán)境wks文件。另外該系統(tǒng)測試的前提也認(rèn)為是將DSP的USB仿真驅(qū)動也已經(jīng)安裝好了。首先將公司提供的光盤根目錄下的mckiv文件夾拷貝到電腦E 盤的根目錄下，由于TI 公司的CCS 集成軟件是有路徑記憶功能的，所以最好是拷貝到E盤。首先按照以下方法連接好控制器和機組：1. 將控制器背板上的帶單芯插頭的灰色大地線插到直流有刷電機機組上。2. 將 M002 號電纜的10 芯航空插頭連接到控制器的背板上。將另一頭4 芯航空插頭連接到直流無刷電機的5芯插座上。3. 將M007號霍

5、爾信號電纜一端的9芯航空插頭連接到直流無刷電機的9芯航空插座上，另一端9芯航空插頭連接到控制器前面DSPCPU板下面的那塊接口板INF2上的9芯航空插座上，并將INF2上的JP1撥向左側(cè)，標(biāo)有“LINE1000”字樣。4. 將連接在磁粉制動器上的M006號負(fù)載電纜的4芯卡式插頭連接到控制器背板的4芯圓形卡式插座上。5. 將仿真器連接到DSP28335CPU板上的J8上（右上角14P插座）。6. 將3芯電源線插入控制器的背板上，并將電源線插在電源接線板上，注意，一定要確保插座板上的大地線是接觸良好的。7. 打開控制器背板上的的紅色船形電源開關(guān)，如果有電，此開關(guān)的指示燈應(yīng)點亮。同時控制器前面的液晶

6、顯示器應(yīng)顯示開機畫面，然后停留在菜單畫面。9. 啟動CCS軟件（CCStudio v3.3）（在此之前應(yīng)該已經(jīng)用Setup CCStudio v3.3文件設(shè)置好CPU 類型和仿真器類型），如果8 秒之內(nèi)還沒有進入到CCS 軟件的操作頁面，并且發(fā)現(xiàn)DSPCPU 板上的“LED3”指示燈不閃爍，請按DSPCPU 板上的復(fù)位鍵（在LED4燈的右邊），直到該指示燈閃爍為止，然后就應(yīng)該能進入CCS3.3了。注意.CCS3.3軟件界面出現(xiàn)后，在界面的右下角出現(xiàn)如下提示：說明(shumng)CCS3.3 軟件沒有(mi yu)連接目標(biāo)CPU，所以(suy)此時要用“Debug-Collect”命令來連接目標(biāo)

7、CPU，執(zhí)行完后再界面的右下角會出現(xiàn)如下提示： 說明軟件可以正常使用了。最后用“FileWorkspaceLoad Workspace”菜單命令打開E:MCKIV28335softbldc28335100305DMCC28V32XsysBLDC3_1_2833xcfloatbuild bldc_2833xDebug” 文件夾下的工作環(huán)境文件“bldc_2833x.wks”文件。步驟 1、開環(huán)啟動，尋找最佳換相表測試此實驗用RMP2_CNTL、MOD6_CNT和 BLDCPWM及硬件電路連接來實驗直流無刷電機的開環(huán)控制，通過實驗過程來驗證以上幾個模塊及逆變電路工作是否正常，并分析模塊在系統(tǒng)中的作

8、用，關(guān)鍵是通過轉(zhuǎn)子在不同起始位置的不同換相控制表來找到讓轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子正交的最佳換相表。圖4-1-1和圖4-1-2分別給出了此步驟的功能框圖和軟件流程圖。以下給出步驟1中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍：仿真測試具體操作方法(fngf)如下：1. 將頭文件“build.h”中的編譯(biny)指令BUILDLEVEL設(shè)為“LEVEL1” ，目前(mqin)公司配置的直流無刷電機是5 極對的，以前公司配置過2 極對的直流無刷電機，如果電機是2極對的，請打開“PARAMETER.H”頭文件，并修改這一行程序：#define P 10 / Number of poles， 將10修改為4.#define BASE

9、_FREQ 250 將250修改為50如果是5極對電機則不用修改。然后用“Project-Build”指令重新編譯連接程序；2. 用“File-Load Program”菜單命令加載“bldc_2833x.out”文件到目標(biāo)板，此時注意觀察加載的文件“bldc_2833x.out”是否您剛才編譯鏈接生成的文件，看一下文件的生成時間就知道了，如果所有源文件都沒有修改，此時“bldc_2833x.out”的生成時間不會變化；如果想證實源文件編譯是否執(zhí)行，可以在主程序中隨便修改一點注釋內(nèi)容，那么編譯的時候就肯定會生成新時間的輸出文件。3. 點擊“Debug-Real time Mode”選擇實時模式

10、，此時出現(xiàn)一個對話框，選擇“是（Y）”，再點擊“Debug-Run” 或者點擊左側(cè)運行圖標(biāo)運行程序，此時程序在實時運行模式下運行。4. 在“Watch window”窗口中左鍵點擊“Build1”標(biāo)簽并在空白處點擊右鍵，選擇連續(xù)刷新模式“Continuous Refresh” ，此時應(yīng)能觀察到“BackTicker”變量在不斷變化，說明主程序已經(jīng)運行。在控制器面板上進行電機選擇，選擇直流無刷電機正確后，進入狀態(tài)頁面（F1），打開主電源(按鈕：電源)。將電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到任意一個可識別的位置，例如，將軸的安裝端面水平，或者將安裝銷位置朝上，或者給轉(zhuǎn)子貼一個標(biāo)記，讓標(biāo)記朝上，目的就是要能識別這個位置，

11、然后在下次啟動是能讓轉(zhuǎn)子相對這個位置轉(zhuǎn)動一個角度，然后設(shè)置變量“EnableFlag”為1，此時應(yīng)能觀察到變量“IsrTicker”也在不斷變化，說明主中斷服務(wù)程序已經(jīng)正常運行，此時如果各電路部分正確，機組連接正確的話，電機應(yīng)穩(wěn)定運行。如果電機沒有運轉(zhuǎn)，請檢查各電纜是否連接可靠，檢查INF2電路板上的JP1撥動開關(guān)是否撥向左側(cè)，都沒有錯誤的話，檢查INF2 上的LED2 是否熄滅，如果熄滅，說明產(chǎn)生了功率保護中斷，更換DSPCPU板后實驗現(xiàn)象依舊，則可能需要返修。5. 分別(fnbi)右鍵點擊圖形顯示窗口“Channel1&2”、“Channel3&4”，選擇連續(xù)(linx)刷新模式“Cont

12、inuous Refresh” ，觀察(gunch)mod1.Counter、hall1.HallGpioAccepted、mod1.TrigInput 以及hall1.CmtnTrigHall 的波形，如圖4-1-3，圖4-1-4 所示。mod1.Counter 是檢測到的轉(zhuǎn)子換相計數(shù)器，從0 到5 之間變化，hall1.HallGpioAccepted表示的是轉(zhuǎn)子換相對應(yīng)的霍爾狀態(tài)，mod1.TrigInput表示的是檢測到了換相的信號標(biāo)志，hall1.CmtnTrigHall表示的也是換相標(biāo)志。記錄下此時的“Build1”標(biāo)簽中的變量FirstHallState，這是轉(zhuǎn)子在啟動之初的霍爾

13、位置，再記錄下“Build1”標(biāo)簽中的speed1.SpeedRpm，這是電機當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，再記錄下hall1.HallMap0 hall1.HallMap5這個數(shù)組的6 個值，這就是換相表。這三部分的變量值記錄下來以后，點擊“Debug-Halt”，再點擊“Debug-Real time Mode”，最后點擊“Debug-Reset CPU”和“DebugRestart”，退出實時運行模式，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到和剛才的初始位置偏移30度左右的位置，然后點擊“Debug-Real time Mode”選擇實時模式，此時出現(xiàn)一個對話框，選擇“是（Y）”，再點擊“Debug-Run” 或者點擊左側(cè)運行圖標(biāo)運

14、行程序，此時程序在實時運行模式下運行。電機應(yīng)該運行起來，記錄下此時的“Build1”標(biāo)簽中的變量FirstHallState，“Build1”標(biāo)簽中的speed1.SpeedRpm，再記錄下hall1.HallMap0 hall1.HallMap5這個數(shù)組的6個值，然后又退出實時模式，電機停止運行，再次轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的初始位置，和剛才第二次的位置相差30度左右，如此循環(huán)下去，直到轉(zhuǎn)子6個初始位置都試運行完成，我們會發(fā)現(xiàn)，電機在相同的轉(zhuǎn)矩作用下，速度相差較多，其中那個轉(zhuǎn)速最快的換相表就是我們需要的保證轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子正交的換相表，一般情況下，應(yīng)該是hall1.HallMap0 hall1.HallMap5

15、中的數(shù)值為“ 451326 ”， 最后點擊“Debug-Halt” ，再點擊“Debug-Real time Mode” ，最后點擊“Debug-ResetCPU” ，退出實時運行模式。公司原先配套的直流無刷電機為2 極對的，所以轉(zhuǎn)子機械位置從0 到360 度對應(yīng)轉(zhuǎn)子電氣位置有兩個360 度，具體表現(xiàn)就是轉(zhuǎn)子在某一個位置的霍爾位置信號和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動180 度后的霍爾位置信號是相同的?，F(xiàn)在配置的是5 極對的直流無刷電機，那么轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈，會有5 個電氣周期，每次手動轉(zhuǎn)的角度就要更小了。6. 打開“bldc3_1.c”源文件，找到“float32 DFuncDesired = 0.375;”這一行，將

16、0.375修改為-0.375，編譯文件，重新下載“bldc_2833x.out”文件到28335CPU目標(biāo)板，重復(fù)4，5，6 步，找到電機反轉(zhuǎn)時的最佳換相表。一般情況下，應(yīng)該是hall1.HallMap0 hall1.HallMap5中的數(shù)值為“645132”，這就是電機反轉(zhuǎn)時的最佳換相表。最后點擊“Debug-Halt” ，再點擊“Debug-Real time Mode” ，最后點擊“Debug-Reset CPU” ，退出實時運行模式。7. 完成(wn chng) 4，5，6，7 步后找到電機(dinj)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的最佳換相表后，打開“bldc3_1.c”源文件，找到“float32 D

17、FuncDesired = -0.375;”這一行(yxng)，將-0.375修改為0.375，編譯文件，重新下載“bldc_2833x.out”文件到28335CPU目標(biāo)板，讓電機運行起來，在“Watch window”窗口中的“Build2”標(biāo)簽中雙擊DFuncDesired變量右側(cè)的數(shù)據(jù)，輸入要改變的值，觀察電機速度的變化，例如輸入0.4 后回車，觀察電機速度的變化，然后改變?yōu)?.5 后回車觀察電機速度的變化。也可以改變轉(zhuǎn)矩的值為負(fù)值，例如改為-0.5，看電機換向情況。8. 點擊“Debug-Halt”，再點擊“Debug-Real time Mode”，最后點擊“Debug-Reset

18、CPU”，“DebugRestart ”，退出實時運行模式，并停止程序運行。9. 如果繼續(xù)實驗，請轉(zhuǎn)步驟2，否則先關(guān)閉控制器的功率部分主電源（在液晶顯示狀態(tài)頁面時按下電源按鈕），然后關(guān)閉CCS3.3軟件退出程序，關(guān)閉控制電源。步驟2、在最佳換相表下開環(huán)啟動并換向測試通過上一步獲得讓轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子正交的最佳換相表，在最佳換相表控制下進行換相，觀察電機的運轉(zhuǎn)情況，及其換相控制過程。圖4-2-1和圖4-2-2分別給出了此步驟的功能框圖和軟件流程圖。以下給出步驟2中的控制參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍：EnableFlag ：啟動控制（0，1）DfuncDesired ：轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，-7fffh +7fffh如果不是從

19、第一步繼續(xù)實驗到這里(zhl)，請按照前面系統(tǒng)測試和步驟所描述的方法操作，否則請直接進行下面的操作：1. 將頭文件“build.h”中的編譯(biny)指令BUILDLEVEL 設(shè)為“LEVEL2” ，然后(rnhu)用“Project-Build”指令重新編譯連接程序；2. 用“File-Load Program”菜單命令加載“bldc_2833x.out”文件到目標(biāo)板，此時注意觀察加載的文件“bldc_2833x.out”是否您剛才編譯鏈接生成的文件，看一下文件的生成時間就知道了，如果所有源文件都沒有修改，此時“bldc_2833x.out”的生成時間不會變化；如果想證實源文件編譯是否執(zhí)行

20、，可以在主程序中隨便修改一點注釋內(nèi)容，那么編譯的時候就肯定會生成新時間的輸出文件。3. 點擊(din j)“Debug-Real time Mode”選擇實時模式，此時出現(xiàn)(chxin)一個對話框，選擇“是（Y）”，再點擊(din j)“Debug-Run” 或者點擊左側(cè)運行圖標(biāo)運行程序，此時程序在實時運行模式下運行。4. 在“Watch window”窗口中左鍵點擊“Build2”標(biāo)簽并在空白處點擊右鍵，選擇連續(xù)刷新模式“Continuous Refresh” ，此時應(yīng)能觀察到“BackTicker”變量在不斷變化，說明主程序已經(jīng)運行。5. 如果從步驟1 繼續(xù)實驗而來，跳過此步。否則在控制器

21、面板上進行電機選擇，選擇直流無刷電機正確后，進入狀態(tài)頁面（F1），打開主電源(按鈕：電源)。6. 設(shè)置變量“EnableFlag”為1，此時應(yīng)能觀察到變量“IsrTicker”也在不斷變化，說明主中斷服務(wù)程序已經(jīng)正常運行，此時如果各電路部分正確，機組連接正確的話，電機應(yīng)穩(wěn)定運行。觀察控制器上液晶顯示的速度是否穩(wěn)定，如果跳動較大，請檢查大地線是否連接良好。7. 分別右鍵點擊圖形顯示窗口“Channel1&2”、“Channel3&4”，選擇連續(xù)刷新模式“Continuous Refresh” ，觀察mod1.Counter、hall1.HallGpioAccepted的波形，如圖4-2-3 所示

22、和圖4-2-4 所示。mod1.Counter 是檢測到的轉(zhuǎn)子換相計數(shù)器，從0到5之間變化，hall1.HallGpioAccepted表示的是轉(zhuǎn)子換相對應(yīng)的霍爾狀態(tài)，從圖形顯示窗口“Channel1&2”中仔細(xì)觀察對應(yīng)與換相計數(shù)器mod1.Counter的霍爾狀態(tài)表hall1.HallGpioAccepted ，看是不是第一步我們檢測到的最佳換相表，圖形顯示窗口“Channel3&4”顯示的是電機的轉(zhuǎn)速speed1.SpeedRpm，單位為轉(zhuǎn)每分和hall1.CmtnTrigHall，表示的是霍爾換相觸發(fā)信號。8. 讓電機運行起來，在“Watch window”窗口中的“Build2”標(biāo)簽中

23、雙擊DFuncDesired變量右側(cè)的數(shù)據(jù)，輸入要改變的值，觀察電機速度的變化，例如改變?yōu)椤?0.375”后回車觀察電機速度的變化，電機應(yīng)該換向運行，從圖形顯示窗口“Channel1&2”中仔細(xì)觀察對應(yīng)與換相計數(shù)器mod1.Counter 的霍爾狀態(tài)表hall1.HallGpioAccepted ?？词遣皇堑谝徊轿覀儥z測到的反向最佳換相順序，注意此時mod1.Counter是從5到0變化的，所以我們看到的換相順序有所不同。9. 點擊“Debug-Halt”，再點擊“Debug-Real time Mode”，最后點擊“Debug-ResetCPU”，“DebugRestart ”，退出實時運行

24、模式，并停止程序運行。10.如果繼續(xù)實驗，請轉(zhuǎn)步驟3，否則先關(guān)閉控制器的功率部分主電源（在液晶顯示狀態(tài)頁面時按下電源按鈕），然后關(guān)閉CCS3.3軟件退出程序，關(guān)閉控制電源。步驟(bzhu) 3、速度(sd)閉環(huán)系統(tǒng)功能測試速度(sd)閉環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的模擬實驗所用到的模塊框圖和程序流程圖如圖431 和圖432所示：如果不是從第二步繼續(xù)(jx)實驗到這里，請按照前面系統(tǒng)測試步驟和方法所描述的步驟進行處理，否則請直接按照下面的操作方法進行實驗：1. 將頭文件“build.h”中的編譯(biny)指令BUILDLEVEL 設(shè)為“LEVEL3” ，然后(rnhu)用“Project-Build”指令重

25、新編譯連接程序；2. 用“File-Load Program”菜單命令加載“bldc_2833x.out”文件到目標(biāo)板，此時注意觀察加載的文件“bldc_2833x.out”是否您剛才編譯鏈接生成的文件，看一下文件的生成時間就知道了，如果所有源文件都沒有修改，此時“bldc_2833x.out”的生成時間不會變化；如果想證實源文件編譯是否執(zhí)行，可以在主程序中隨便修改一點注釋內(nèi)容，那么編譯的時候就肯定會生成新時間的輸出文件。3. 點擊“Debug-Real time Mode”選擇實時模式，此時出現(xiàn)一個對話框，選擇“是（Y）”，再點擊“Debug-Run” 或者點擊左側(cè)運行圖標(biāo)運行程序，此時程序

26、在實時運行模式下運行。4. 在“Watch window”窗口中左鍵點擊“Build 3”標(biāo)簽并在空白處點擊右鍵，選擇連續(xù)刷新模式“Continuous Refresh” ，此時應(yīng)能觀察到“BackTicker”變量在不斷變化，說明主程序已經(jīng)運行。5. 如果從步驟2 繼續(xù)實驗而來，跳過此步。在控制器面板上進行電機選擇，選擇直流無刷電機正確后，進入狀態(tài)頁面（F1），打開主電源(按鈕：電源)。如果是單一的直流無刷電機控制器則不需要進行電機選擇，進入狀態(tài)頁面后直接打開主電源即可。6. 設(shè)置變量“EnableFlag”為1，此時應(yīng)能觀察到變量“IsrTicker”也在不斷變化，說明主中斷服務(wù)程序已經(jīng)正

27、常運行，此時如果各電路部分正確，機組連接正確的話，應(yīng)該穩(wěn)定在600轉(zhuǎn)每分。7. 分別右鍵點擊圖形(txng)顯示窗口“Channel1&2”、“Channel3&4”，選擇(xunz)連續(xù)刷新模式“Continuous Refresh” ，觀察(gunch)mod1.Counter、hall1.HallGpioAccepted的波形。mod1.Counter是檢測到的轉(zhuǎn)子換相計數(shù)器，電機正轉(zhuǎn)時從0到5變化，或者電機反轉(zhuǎn)時從5到0之間變化，hall1.HallGpioAccepted表示的是轉(zhuǎn)子換相對應(yīng)的霍爾狀態(tài)。圖形顯示窗口“Channel3&4”顯示的是檢測到的A相電流ilg2_vdc1.ImeasA，下面顯示的是ilg2_vdc1.ImeasB，表示的是檢測到的B相電流。在“Watch window”窗口中的“Build3”標(biāo)簽中的speed1.SpeedRpm 變量顯示的值是電機的轉(zhuǎn)速，注意和控制器面板上顯示的速度進行比較，應(yīng)該差不多。如圖4-3-3和圖4-3-4所示。8. 在“Watc