【正文】 a 所示其大小為方向在和的角平分線上當電機轉過 600后由通電換成通電這時電流從流入 B相繞組再從 C相繞組流出經回到電源此時合成轉矩如圖 9b 所示其大小同樣為但合成轉矩的方向轉過了600 電角度但大小始終保持不變圖 9c 示出了全部合成轉矩的方向 圖 9 兩兩導通時合成轉矩矢量圖 a 和導通時合成轉矩 b 和 導通時合成轉矩 c 兩兩導通時合成轉矩矢量圖 所以同樣一臺直流無刷電機每相繞組通過與三相半控電路同樣的電流時采用三 相連接全控電路在兩兩換相的情況下其合成轉矩增加了倍每隔 600 電角度換相一次每個功率管導通 1200 每個繞組通電 2400 其中正向通電和反向通電各1200 其輸出轉矩波形如圖 10 所示 圖 10 全控橋輸出波形圖 由圖 10 可以看出三相全控時的轉矩波動比三相半控時小得多僅從 087 到如將三只霍爾集成電路按相位差 1200 安裝則他們產生的波形如圖 11a 所示 2 三三通電方式 所謂三三通電方式是指每一瞬間均有三只功率管同時通電每隔 600 換相一次每個功率管通電 1800 他們的導通次序是當導通時電流從流入 A相繞組經 B 相繞組和 C 相繞組 這時 BC 兩相繞組為并聯分別從和流出這時流過 B相和 C 相繞組的電流分別為流過 A 相繞組的一半其合成轉矩如圖 12 所示方向同A 相而大小為 15 經過 600 電角度后換相到通電即先關斷后導通這時電流分別從和流入經 A相和 B相繞組相當于 A相和 B相并聯再流入 C相繞組經流出合成轉矩如圖 12b 所示其方向與 C 相同轉過了 600 大小仍然是 15 再經過 600 電角度后換相到通電而后以此類推它們的合成轉矩矢量圖如圖 12c 所示 圖 12 三三通電時的合成轉矩矢量圖 a VF6VF1VF2 導通時合成轉矩 b VF1VF2VF3 導通時合成轉矩 c 三三通電時的合成轉矩 32 無刷直流電機的控制策略控制系統(tǒng)的軟件設計數字信號模擬信號 3片內具有快速 RAM 通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問 4 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持 5 快速的中斷處理和硬件 IO 支持 6 具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器 7 可以并行執(zhí)行多個操作 8 支持流水線操作使取指譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行 當然與通用微處理器相比 DSP 芯片的其他通用功能相對較弱些 式 7 式中 K 為常數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定值相比較以判斷電機是否過流或過載 2 模擬量輸出子程序 該系統(tǒng) DAC應用 550芯片該芯片可連續(xù)輸出 0～ 5V的模擬電壓量設輸出寄存器的值為 D_value 則輸出的模擬量由下式計算所得 式 8 3PWM 參數重載中斷程序 在 PWM 控制寄存器中參數重載頻率可以設定即每 1 到 16 個 PWM 可重載時機重載一次在中心對齊方式下如果半周期參數重載允許那么周期開頭和半周期處都屬于可重載時機這個半周期處就是計數值等于計數模值處如果 半周期參數重載不允許那么僅僅是在每個周期開始處屬于可重載時機在邊對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)生器的預分頻因子 PWM 計數周期 PWM 脈寬LDOK 可以防止軟件在計算好這些參數之前就重新載入 PWM 發(fā)生器將 LDOK 位置 1后的下一次 PWM參數重載時這些參數被載入 PWM發(fā)生器當參數重載發(fā)生后重載標志 PWMF 將被置位如果 PWM 重載中斷允許 PWMRIE 置位那么 PWMF 將產生 CPU 中斷請求使得軟件可以實時更新 PWM 參數 4PWM 錯誤中斷程序 PWM模塊具有出錯保護功能出錯保護功能模塊可以使任意 PWM輸出引腳的組合失效出錯是在任何一個 FAULT輸入引腳上出現的邏輯 1產生的每一個出錯輸入引腳都可以被映射為關斷某一 PWM 輸出引腳 5 轉速調節(jié)子程序 通過 PI 算法進行轉速調節(jié) 6 電流調節(jié)子程序 通過 PI 算法進行電流調節(jié) 7 顯示子程序 本程序將需要顯示的各種數據先進行處理將其各個位分開再依次送入數碼管若有故障則顯示故障信息 8 定時中斷子程序 本系統(tǒng)共設有三個定時子程序分別是 DSP 定時給單片機傳送數據子程序速度計算定時子程序和電流斬波定時調整子程序 DSP 定時給單片機傳送數據子程序每隔一定時間把檢測到的電 流值和轉速值傳送給單片機顯示 速度計算定時子程序記錄每秒鐘捕捉到的轉子脈沖數 電流斬波定時調整子程序電機啟動一定時間后調整電流斬波值 9 速度計算子程序 常用的數字測速法有兩種一種是 M 法測速即在相等的時間間隔內用讀數步進角脈沖個數來算出轉速從而得到轉速的測量值另一種是 T 法測速即測出相鄰兩個步進脈沖之間的間隔時間來計算轉速 aM 法測速 步進角脈沖信號由計數器計數定時器每隔時間 T 向 CPU 發(fā)出一次中斷請求CPU 響應中斷后從計數器讀出計數值并立即將計數器清零由計數值的大小即可求出對應的轉速測量值若時間 T 內共發(fā)出 m 個 步進角脈沖則轉速按下式計算 式 9 式中每轉的步進角脈沖數 由此可見轉速與計數值 m成正比顧冠以 M法測速 M法測速比較適合于高速運行時測速低速時測量精度較低另外由式 53可見 M法測速的分辨率值與成反比通常為了保證系統(tǒng)實現穩(wěn)定的快速效應改善系統(tǒng)的控制性能速度檢測時間即采樣時間 T 不可過長而每轉步進角脈沖數一般不大所以為了提高速度檢測的分辨能力采用 M法時需要將脈沖信號經倍頻器倍頻后再由計數器計數這時式 53中表示每轉步進角脈 沖數與倍頻之積 bT 法測速 T 法測速是測出相鄰兩個步進脈沖之間的間隔時間來計算轉速的一種測量方法位置信號傳感器每輸出一步進脈沖都向 DSP發(fā)出一次中斷請求 DSP響應中斷后從計數器讀出計數值并清零由計數值即可算出轉速 設時鐘頻率為 f 兩個步進脈沖間的計數值為 m 則步進脈沖周期 T 為 式 10 則轉速為 式 11 式中每轉步進脈沖數 對比式 11 和式 10 不難看出 T 法測速和 M 法測速剛好相反轉速愈高測量值 m愈小因此 T法較適合于低速場合測速事實上與 M法相比 T法測速的優(yōu)勢就在于低速對轉速的變化具有較強的分辨能力從而可望提高系統(tǒng)低速運行的控制性能 對于本系統(tǒng)來說所用的無刷直流電機轉速較低不超過 200 轉分理論上應該用 T法測速但由于 DSP總線頻率非常高使得 T法測速時兩個相鄰脈沖間的計數器計數常溢出多次并且傳感器的信號有尖峰干擾這樣會導致測得的兩個脈沖沿有時并不是所希望的脈沖間隔使速度計算錯誤 因此選用了 M 法測速通過檢測一定時間內的脈沖數來計算轉速該法也受位置 傳感器尖峰信號的干擾影響測速精度經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相鄰脈沖間的計數器值小于某個數就認定該信號為尖峰干擾不計入 m 值 濾波程序如下 轉速濾波程序 FirstEdge SecondEdge 0x0000FFFF SecondEdge qtIoctl TimerIC_A0QT_READ_CAPTURE_REG0 BSP_DEVICE_NAME_QUAD_TIMER_A_0 UWord32 OverloadCounter 16 measuredPeriod SecondEdge FirstEdge OverloadCounter 0 if measuredPeriod 1000 n_CounterA n_CounterA0 else n_CounterA n_CounterA1 本設計中應用的是 12 對極的無刷直流電機捕捉寄存器設為雙沿捕捉且只捕捉一個位置傳感器的信號所以如得到 1 秒鐘的 m 值則轉速為 式 12 6 結束語 本設計 利用電子換向代替電刷換向解決直流有刷電動機電刷環(huán)流而引起的磨損和電火花不僅克服了機械換向電機的缺點又具有交流電機的優(yōu)點采用DSP56F803 的 C 語言編程實行模塊化設計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機的運行原理和控制策略 2根據無刷直流電機的控制策略完成了控制系統(tǒng)的軟件設計主要的程序模塊有主程序定時中斷 PWM 參數重載中斷捕捉中斷 AD 采集 DA 輸出速度計算轉速和電流環(huán) PI 調節(jié)以及顯示程序等 致 謝 在畢業(yè)設計過程中得到導師的悉心指導特別是在課題的設計過程中對論文的技術問題導師都花費了 大量的心血付出了大量的勞動并一直給予我無微不至的指導與多方面的幫助使我的知識能力等各方面都有了很大的進步在此謹向導師表示最衷心的感謝在課題進行期間學院為我們提供了良好的學習和設計環(huán)境在課題的研究和進展中同組同學也給予了很大的幫助這里也一同表示感謝由于時間和知識水平所限論文中還可能會有許多紕漏或錯誤之處懇請各位老師和同學批評指正〔 1〕汪海燕．無刷直流電動機自適應模糊控制的研究 []合肥工業(yè)大學 20211～ 2 〔 2〕習賀勛．基于 DSP 的無刷直流電動機雙模控制及轉矩波動研究 [] 天津大學 20211～ 4 〔 3〕張 琛編著．直流無刷電動機原理及應用．機械工業(yè)出版社 202114～23128～ 136 〔 4〕何希才編著．新型開關電源設計與維修．國防工業(yè)出版社 202115～ 63 〔 5〕邵貝貝等編著． Motorola DSP 型 16 位單片機原理與實踐．北京航空航天大學出版社 2021 〔 6〕劉慧銀程建平龔光華等編著． Motorola 微控制器 MC68HC08 原理及其嵌入式應用．清華大學出版社 2021 年 8 月 〔 7〕王宏華編著．開關型磁阻電動機調速控制技術．機械工業(yè)出版社1998121～ 123 〔 8〕王曉明編著．電動機的單片機控制． 北京航空航天大學出版社 2021 〔 9〕王曉明王玲編著．電動機的 DSP 控制．北京航空航天大學出版社 2021 〔 10〕陳伯時主編．電力拖動自動控制系統(tǒng)．機械工業(yè)出版社 2021 〔 11〕羅能之．采用霍爾元件的無刷電機驅動電路．江西廣播電視大學學報2021 年第 2 期 〔 12〕李穎宏．單片機在直流無刷電機驅動器中的應用．中國儀器儀表 2021年 4 月 〔 13〕邵森龍．利用 DSP 控制直流無刷．今日電子 2021 年 11 月 〔 14〕張和王克明馮占英．無刷電機控制器的設計．中小型電機 2021 年第28 期 〔 15〕耿云亮周波紀昉．無刷直 流電機的 DSP 控制及轉矩脈動的改善．第十四屆全國電源技術年會論文集 〔 16〕陳玉榮倪光正．直流無刷電機電流檢測技術的研究．農機化研究 2021年 1 月第 1 期 〔 17〕呂金華汪良偉．無刷直流電機的 DSP 控制系統(tǒng)研究．武漢船舶職業(yè)技術學院學報 2021 年第四期 〔 18〕張立幫．無位置傳感器直流無刷電機的 DSP 控制．電子產品世界 2021年 8 月 include include includesh include dspfunch include mcfunch include bsph include gpioh include ioh include timerh include pcmasterdrvh include pwmh include quadraturetimerh include decoderh include buttonh include spih C O N S T A N T S ifdef __cplusplus extern C endif define SOFT_SWITCH define HARD_SWITCH define TASK_STK_SIZE 60 Size of each tasks stacks of WORDs define N_T