直流無刷電機的控制系統(tǒng)設(shè)計方案-文庫吧
2025-04-13 07:22 本頁面
【正文】 器的體積、工作溫度等是否滿足系統(tǒng)要求。（4）微處理器的可靠性、生產(chǎn)廠商、數(shù)量和價格、上市時間等因素也需要考慮，這關(guān)系到產(chǎn)品的后續(xù)更新?lián)Q代，以及采用該處理器開發(fā)的難易程度?；贏RM CorteM3內(nèi)核32位單片機STM32，時鐘頻率最大可達(dá)72MHZ，在數(shù)字處理上經(jīng)過了優(yōu)化，所以本設(shè)計選用STM32F103ZET6單片機。 無刷直流電機的選型在選用直流無刷電機的時候，必須根據(jù)它的參數(shù)來判斷其驅(qū)動電路，無刷電機的參數(shù)如表1所示： 表1 無刷直流電機的參數(shù)外轉(zhuǎn)無刷電機KV最大效率電流無負(fù)載流/10v最大電流最大效率y軸徑（mm）重量電阻尺寸（mm）A2212/13KV10004~10A12A/60s80%47g90m?*30新西達(dá)無刷電機/2212KV1000 如圖2。圖2 直流無刷電機智能功率模塊選擇的是FSBB30CH60C，它把驅(qū)動電路和開關(guān)電路集成在了一起，內(nèi)部有欠壓、過壓、過流故障檢測電路，CPU可以進行實時的檢測。還包括三個HVIC、一個LVIC(門極驅(qū)動低壓集成電路)、六個先進技術(shù)的IGBT、六個FRD。智能功率模塊的元器件圖如圖3所示。圖3 智能功率模塊反電勢過零點檢測原理是模擬中性點和端電壓的值相等得到，由STM32端口和連接霍爾傳感器接口的關(guān)系，需用三路比較電路，LM339N由四路比較電路組成，可選用LM339N 比較電路實現(xiàn)。LM339N內(nèi)部框圖如圖4所示：圖4 比較器LM339N 3控制系統(tǒng)的工作原理和硬件設(shè)計 本設(shè)計選用的電機類型為三相星型連接。控制器產(chǎn)生六路PWM波控制驅(qū)動電路，位置檢測用的反電勢過零點技術(shù)。工作原理如圖5所示。圖5 直流電機工作原理圖在圖5中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)到（a）時，反電勢過零信號延時30176。電角度后，輸出的信號送往單片機，單片機輸出信號讓TT6 導(dǎo)通。這時電流從電源正極流出，經(jīng)T1流往A相繞組，再由B相繞組流出，經(jīng)T6回到電源的負(fù)極，此時由于定子和轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60電角度，即到（b）時，反電勢過零信號延時30176。電角度后，輸出的信號送往單片機，單片機讓TT2導(dǎo)通，這時電流從電源的正極流出，經(jīng)T1流往A相繞組，再由C相繞組流出，經(jīng)T2回到電源負(fù)極。此時由于定子和轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。同樣按照這個方式，電機可以順利的轉(zhuǎn)動起來。電機有六種磁狀態(tài)，每種狀態(tài)導(dǎo)通120度，每次由兩相導(dǎo)通，無刷電機就是兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)的工作方式[3]。觀察轉(zhuǎn)子位置和反電勢之間的關(guān)系如圖6所示，轉(zhuǎn)子狀態(tài)由a)變?yōu)閎)過程中反電勢波形和轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，反電勢波形為B相繞組的反電勢，當(dāng)轉(zhuǎn)子由a）初始狀態(tài)轉(zhuǎn)過30176。電角度時，轉(zhuǎn)子的磁場方向正好和B相繞組軸線重合，不切割B相繞組導(dǎo)線，此時B相繞組的反電勢正好為零。由圖可知，由b)到c)要進行換相動作，因此可利用反電勢過零點確定轉(zhuǎn)子的位置，進而控制電機的換相，這就是直流無刷無感電機反電勢檢測及控制換相的原理[4]。 圖6 電機反電勢位置檢測圖 。圖7 STM32103的供電電源 MCU控制模塊MCU主控電路是整個無刷直流電機控制系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制逆變器六個橋臂的通斷、采集電壓、采集電流、檢測直流無刷無感電機的位置（電機的反電勢檢測）、PID的運算、無刷直流電機啟動的控制、JTAG調(diào)試下載等。STM32最小系統(tǒng)由STM32F103芯片、復(fù)位電路、晶振電路和JTAG接口電路組成（1）STM32F103芯片電路如圖8所示： 圖8 STM32芯片（2）復(fù)位電路和晶振電路 STM32有兩個外部晶振電路和兩個內(nèi)部晶振電路。兩個內(nèi)部晶振電路需要程序配置編程即可，但外部的晶振電路需要晶振電路元器件搭建而成。 晶振和復(fù)位電路如圖9所示。 圖9 晶振和復(fù)位電路（
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