【正文】 這種延時使得一個功率器件在開啟前，另一個功率器件已完全關(guān)斷。 事件管理器 EVA 的 PWM (PWM1PWM6)信號產(chǎn)生的初始化步驟如下： ，中斷屏蔽寄存 器； 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 28 ACTRA 寄存器，強制 PWM1～ PWM6 輸出高電平 (低電平使上下橋臂導(dǎo)通 )； DBTCONA，死區(qū)使能，并設(shè)置死區(qū)定時器的預(yù)分頻器和死區(qū)定時器的周期值； COMCONA，使能比較操作、比較寄存器重載的條件為：立即、禁止空間矢量 PWM 模式；方式控制字重載的條件為：立即、使能 PWM；e. 設(shè)置定時器 1 的控制寄存器 T1CON 為：連續(xù)增減計數(shù)模式、時鐘源為內(nèi)部時鐘、預(yù)分頻系數(shù)、使能定時器 1 (GPTimer1)； 由 于在初始化時強制 PWM1～ PWM6 輸出高電平，所以初始化時不必初始化周期寄存器和比較寄存器的值，電機開始運轉(zhuǎn)時再對上述兩個寄存器賦以初始值，電機運轉(zhuǎn)中通過改變定時器 1 的周期寄存器 T1PR 即可改變 PWM 波形的載波周期，改變定時器 1 的比較寄存器 CMPR CMPR CMPR3 即可改變 PWM 波形的占空比。同時一旦產(chǎn)生故障，可通過故障保護電路，封鎖 PWM 的輸出直至故障排除。 SPI 是一個高速同步串行 I/O 口，通常 SPI 用于 DSP 處理器和外部外設(shè)以及其他處理器之間的通信。 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 25 一個片內(nèi)正交編碼脈沖 (QEP)接口電路，可連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機械的位置和速率等信息。 三個全比較單元、 8個 16位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。基于 DSP 控制器構(gòu)成的運動控制系統(tǒng)可滿足任意場合的需要，是運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制技術(shù)的發(fā)展方向。有的片內(nèi)集成了 A/D 和 采樣 /保持電路，可提供 PWM 輸出。增量式 PID 控制算法可通過式 ()進行推導(dǎo)而得出。 PID 算法的數(shù)字實現(xiàn) 計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，而不能像模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量，進行連續(xù)控制。在控制過程中，只要有偏差存在，積分環(huán)節(jié)的輸出就會不斷擴大，直到偏差 ?? 0e ?t ，輸出的 ??tu 才可能維持在某一個常量，使系統(tǒng)在給定值 ??tr 不變的條件下趨于穩(wěn)態(tài)。 模擬 PID 控制原理 常規(guī)的模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。而在很多情況下，是沒有辦法引出電機的中性點的。與反電動勢過零點檢測方法一樣，反電動勢積分法在低速時不能正常工作，并且電機不能自起動。因此，可以通過檢測非導(dǎo)通相的續(xù)流二極管是否導(dǎo)通間接的檢測反電動勢的過零點。而懸空相反電動勢的過零點，再延時 30176。 在小型和輕載起動條件下，無位置傳感器無刷直流電動機成為理想的選擇。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而與正弦波等效的波形，即為 SPWM 波形。 SPWM 控制技術(shù) 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制 (PWM)技術(shù) 已在中小功率電動機的變頻調(diào)速技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。因此，如何改變無刷直流電動機相電流了成了調(diào)速的關(guān)鍵一環(huán)。在實際中許多需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械常常對電動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定提出較嚴(yán)格的要求。當(dāng)開關(guān)管的柵極輸入高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓 1t,SU 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動機電樞兩端電壓為 0, tz秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動作重復(fù)前面的過程如下圖 24所示： U1 0 T U0 Us t1 t2 0 圖 24 輸入輸出電壓波形 電動機電樞繞組兩端的電壓平均值 0U ?？梢姸ㄗ雍铣纱艌鲈诳臻g不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn) 磁場，每個步進角是 60176。電角，到達 圖 23(b)中位置時，位置傳感器輸出信號，經(jīng)邏輯變 換后使開關(guān)管 VT6 截止、 VT2導(dǎo)通，此時 VT1 仍導(dǎo)通。所以最好采用三相全控式電路，電路如圖 所示，在該電路中，電動機的繞組為 Y 聯(lián)結(jié)。無刷直流電動機的運行原理和有刷直流電動機基本相同，即在一個具有恒定磁通密 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 8 度分布的磁極下，保證電樞繞組中通過的電流總量恒定 ，以產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)矩只與電樞電流的大小有關(guān)。 除了上述三大類位置傳感器外，還有正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器和編碼器等多種位置傳感器，它們一般較復(fù)雜，而且這些元件成本較高、體積較大、所配線路復(fù)雜，因而在一般無刷直流電動機中很少采用。電磁式位置傳感器具有輸出信號大、工作可靠、壽命長、對環(huán)境要求不高等優(yōu)點，但這種傳感器體積較大，信噪比較低，同時，其輸出波形為交流，一般需經(jīng)整流、濾波方可使用 。其定子繞組 采用交流繞組形式，一般制成多相（三相、四相、五相不等）。它的電樞繞組是經(jīng)由電子“換向 器”接到直流電源上，可把他歸為直流電動機的一種。本文主要內(nèi)容如下： 、特點及應(yīng)用和研究現(xiàn)狀作了簡單的介紹。但由于該電動機尚無起動轉(zhuǎn)矩而不能產(chǎn)品化。據(jù)美國 MTT預(yù)測公司的報告，就 1986年美國市場而言，無刷直流電機的銷售量為 560萬臺， 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 3 在全部電機中占 7%；在 1991 年無刷直流電機的消費量達到 2600 萬臺，在全部 電機中占 16%，增長速度最快 [7]。我國生產(chǎn)的微特電機己經(jīng)占世界 60%以上，目前是全球最大的永磁體 (生產(chǎn)無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計刷電機的主要原材料 )生產(chǎn)供應(yīng)基地，中國還將會成為全球最大的無刷電機生產(chǎn)國?！盁o刷直流電機”的概念已由最初的具有電子換相器的直流電機發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機外部特性的電子換相電機。最后運用 SIMULINK 建立了無刷直流電動機控制系統(tǒng)的仿真模型，并對給定實例進行仿真。直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 I 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 摘 要 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展和永磁材料性能的不斷提高，無刷直流電動機的系統(tǒng)在高性能運動控制領(lǐng)域越來越受到重視。 本論文所述無刷直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，可以獲得良好的速度控制性能，而且 DSP 技術(shù)不僅使系統(tǒng)獲得了高精度，高可靠性，還簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)今，無刷直流電機集電機、變速機構(gòu)、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動調(diào)速系統(tǒng)。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機的需求增長帶動了以永磁無刷直流電機為主體的車用小功率電機的興起，我國正在成為世界電動汽車制造業(yè)的主要供應(yīng)商。 總之，無刷直流電動機經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，在技術(shù)上已經(jīng)逐步成熟，在大量應(yīng)用中已經(jīng)顯示其優(yōu)良特性，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎可覆蓋所有電動機驅(qū)動領(lǐng)域，并可以起到其他類型電動機不能達到的功能。爾后又經(jīng)過人們多年努力，借助于霍爾元件來實現(xiàn)換向的無刷直流電動機終于在 1962 年問世。 ，給出了無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型，并分析了無刷直流電動機運行特性。從供電逆變器的角度來看，它又可屬于永磁同步電動機的一種，因為無刷直流電動機轉(zhuǎn)速變化以及電樞繞組中的電流變化是和逆變器的頻率是一致的。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對數(shù) (2P=2,4,? )組成，繞組形式往往采用整距、集中或接近整距、集中的形式，以便保留磁密中的其它諧波。 光電式位置傳感器是利用光電效應(yīng)，由跟隨電動機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的遮光部分和固定不動的光源等部件組成。 電子換相 電子換向電路由功率變換電路和驅(qū)動控制電路兩大部分組成，它與位置檢測器相配合，去控制電動機定子各相繞組通電的順序和時間，起到換向相類似的作用。 由于轉(zhuǎn)子的氣隙磁通為梯形波，由電機學(xué)原理可知，電樞的感應(yīng)電動勢亦為梯形波，大小與轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)速成正比。 圖 22 中 UI 為逆變器， PMM 為永磁電動機本體， PS 為與電動機本體同軸連接的轉(zhuǎn)子位置傳感器。這使繞組 A， C 通電， A 進 C 出，電樞繞組在空間合成磁場如圖 23(b)中 Fa。電角。為 UUttt UtU aTS 1112110 ???? （ 21） 式中占空比 a表示在一個周期 T里，開關(guān)管 導(dǎo)通的時間與周期的比值， a變化范圍為 01之間。當(dāng)電動機的調(diào)速性能要求較高時，必須采用閉壞調(diào)速系統(tǒng)。具體實現(xiàn)是通過調(diào)節(jié)電動機的電流占空比 (PWM)的方法來達到改變相電流 I 的目的，相應(yīng)地改變了轉(zhuǎn)矩的大小。但 PWM 波形的諧波分量大，過高的諧波會使電機產(chǎn)生附加損耗和噪音，不利于電機的平穩(wěn)運行。 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 14 （ a ）( b )00uuω tω t 圖 32 SPWM控制的基本原理圖 SPWM 的數(shù)學(xué)模型 SPWM 法可由模擬電路和數(shù)字電路等硬件電路來實現(xiàn)，也可由微控制器，即硬件與軟件結(jié)合的方法來實現(xiàn)。目前這種電機被廣泛地應(yīng)用于空調(diào)、洗衣機等。電角即為換流的關(guān)鍵時刻。這種檢 測方法比直接檢測反電動勢過零點要精確，因而可以在一個很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有效，包括很低的轉(zhuǎn)速，但不能為零。 反電動勢三次諧波檢測法 無刷直流電動機的梯形波反電動勢包含基波以及其它高次諧波分量。 數(shù)字 PID 控制器及算法 將偏差的比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制量，用該控制量對被控對象進行控 制，這樣的控制器稱為 PID 控制器。圖中 r (t)是給定值， y (t)是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差 ? ? ? ? ? ?tytrte ?? 。積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會消除靜態(tài)誤差，但也會降低系統(tǒng)的相應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。因此式 ()中的積分項和微 分項在微機中不能準(zhǔn)確的計算，只能用數(shù)值計算的方法逼近。由式 ()可得控制器在第 1k? 個采樣時刻的輸出值為： 010 2111 )(u ueeTTeTTeK kj kkDjIkpk??????? ???? ??? ???? (37) 將式 ()與 ()相減，并整理，就可以得到增量式 PID 控制算法公式： 直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)的研究 22 212111k)21()1()2(u?????????????????? ?????????kDkDpkDIpkkkDkIkkpkkeTTKeTTKeTTTTKeeeTTeTTeeKuu (38) 總之，增量式算法只需要保留現(xiàn)時以前三個時刻的偏差值即可。 DSP 器件采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。 TMS320LF2407 結(jié)構(gòu)和特點 TI 公司的 TMS320LF2407 是專門為控制應(yīng)用和數(shù)字運動控制領(lǐng)域設(shè)計的 DSP 控制器。全比較單元有自己的控制邏輯，每個全比較單元以定時器 1(EVA)或定時器 3(EVB)為時基，可輸出 2路帶可編程死區(qū)控制的 CMP/PWM 脈沖。正交編碼脈沖電路的時基可由通用定時 /計數(shù)器 2（對于 EVA 模塊）或定時 /計數(shù)器 4（對于 EVB 模塊）提供，計數(shù)器必須 設(shè)置為定向增 /減計數(shù)模式，其輸入和計數(shù)方向由光電編碼器件輸出的正交編碼脈沖提供。 看門狗定時器 (WD)與實時中斷定時 (RTI)：看門狗定時器是一個 8 位增量計數(shù)器，在正常工作情況下，程序周期性地對定時器進行清零， 若程序運行出錯或死機，則定時器溢出，產(chǎn)生復(fù)位信號。并且在閉環(huán)調(diào)節(jié)的過程中，實時的根據(jù)電動機運行的變化，通過調(diào)節(jié) DSP 所產(chǎn)生的 PWM 波形來調(diào)節(jié)電動機的運行。圖 43給出了比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生的占空比可變的對稱 PWM 波形。所需的延時時間由功率器件的開啟和關(guān)斷特性以及具體應(yīng)用中的負載特性來決定。死區(qū)時間經(jīng)常別插入到一個器件的關(guān)斷和另一個器件的開啟之間。在電動機運行過程中，通過改變?nèi)容^單元比較寄存器 CMPRx 和 ACTRA，就可實現(xiàn)脈寬調(diào)制和逆變橋的導(dǎo)通邏輯。根據(jù)程序的控制使 DSP 產(chǎn)生一定的 PWM 脈沖，通過調(diào)整 PWM 脈沖寬度來控制功率管的開關(guān)時間，實現(xiàn)對無刷直流電動機的控制。 異步串行通訊口 (SCI)與串行通信接口模塊 (SPI)： SCI 即通用異步收發(fā)器，用于與 PC機串口等標(biāo)準(zhǔn)器件通信。當(dāng)捕獲發(fā)生時，相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置位并向 CPU 發(fā)中斷請求，還可以設(shè)置由中斷標(biāo)志的置位 來啟動片內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換器工作。 DSP 的定時 /計數(shù)器可用于產(chǎn)生采樣周期，為捕獲單元和正交編碼單元提供時間基準(zhǔn)，也可作為比較單元產(chǎn)生 CMP/PWM 輸出以及軟件定時 的時間基準(zhǔn)?；? DSP 控制器構(gòu)成的運動控制系統(tǒng)事實上是一個單片系統(tǒng)，電機控制所需