【正文】 a 所示其大小為方向在和的角平分線上當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過 600后由通電換成通電這時(shí)電流從流入 B相繞組再從 C相繞組流出經(jīng)回到電源此時(shí)合成轉(zhuǎn)矩如圖 9b 所示其大小同樣為但合成轉(zhuǎn)矩的方向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的方向 圖 9 兩兩導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩矢量圖 a 和導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 b 和 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 c 兩兩導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩矢量圖 所以同樣一臺(tái)直流無刷電機(jī)每相繞組通過與三相半控電路同樣的電流時(shí)采用三 相連接全控電路在兩兩換相的情況下其合成轉(zhuǎn)矩增加了倍每隔 600 電角度換相一次每個(gè)功率管導(dǎo)通 1200 每個(gè)繞組通電 2400 其中正向通電和反向通電各1200 其輸出轉(zhuǎn)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(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比三相半控時(shí)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(chǎn)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(shí)通電每隔 600 換相一次每個(gè)功率管通電 1800 他們的導(dǎo)通次序是當(dāng)導(dǎo)通時(shí)電流從流入 A相繞組經(jīng) B 相繞組和 C 相繞組 這時(shí) BC 兩相繞組為并聯(lián)分別從和流出這時(shí)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(zhuǎn)矩如圖 12 所示方向同A 相而大小為 15 經(jīng)過 600 電角度后換相到通電即先關(guān)斷后導(dǎo)通這時(shí)電流分別從和流入經(jīng) A相和 B相繞組相當(dāng)于 A相和 B相并聯(lián)再流入 C相繞組經(jīng)流出合成轉(zhuǎn)矩如圖 12b 所示其方向與 C 相同轉(zhuǎn)過了 600 大小仍然是 15 再經(jīng)過 600 電角度后換相到通電而后以此類推它們的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖如圖 12c 所示 圖 12 三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖 a VF6VF1VF2 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 b VF1VF2VF3 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 c 三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩 32 無刷直流電機(jī)的控制策略控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào) 3片內(nèi)具有快速 RAM 通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問 4 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)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(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器 7 可以并行執(zhí)行多個(gè)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(dāng)然與通用微處理器相比 DSP 芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些 式 7 式中 K 為常數(shù)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(shè)定值相比較以判斷電機(jī)是否過流或過載 2 模擬量輸出子程序 該系統(tǒng) DAC應(yīng)用 550芯片該芯片可連續(xù)輸出 0～ 5V的模擬電壓量設(shè)輸出寄存器的值為 D_value 則輸出的模擬量由下式計(jì)算所得 式 8 3PWM 參數(shù)重載中斷程序 在 PWM 控制寄存器中參數(shù)重載頻率可以設(shè)定即每 1 到 16 個(gè) PWM 可重載時(shí)機(jī)重載一次在中心對(duì)齊方式下如果半周期參數(shù)重載允許那么周期開頭和半周期處都屬于可重載時(shí)機(jī)這個(gè)半周期處就是計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)模值處如果 半周期參數(shù)重載不允許那么僅僅是在每個(gè)周期開始處屬于可重載時(shí)機(jī)在邊對(duì)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(yù)分頻因子 PWM 計(jì)數(shù)周期 PWM 脈寬LDOK 可以防止軟件在計(jì)算好這些參數(shù)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(shù)重載時(shí)這些參數(shù)被載入 PWM發(fā)生器當(dāng)參數(shù)重載發(fā)生后重載標(biāo)志 PWMF 將被置位如果 PWM 重載中斷允許 PWMRIE 置位那么 PWMF 將產(chǎn)生 CPU 中斷請(qǐng)求使得軟件可以實(shí)時(shí)更新 PWM 參數(shù) 4PWM 錯(cuò)誤中斷程序 PWM模塊具有出錯(cuò)保護(hù)功能出錯(cuò)保護(hù)功能模塊可以使任意 PWM輸出引腳的組合失效出錯(cuò)是在任何一個(gè) FAULT輸入引腳上出現(xiàn)的邏輯 1產(chǎn)生的每一個(gè)出錯(cuò)輸入引腳都可以被映射為關(guān)斷某一 PWM 輸出引腳 5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序 通過 PI 算法進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 6 電流調(diào)節(jié)子程序 通過 PI 算法進(jìn)行電流調(diào)節(jié) 7 顯示子程序 本程序?qū)⑿枰@示的各種數(shù)據(jù)先進(jìn)行處理將其各個(gè)位分開再依次送入數(shù)碼管若有故障則顯示故障信息 8 定時(shí)中斷子程序 本系統(tǒng)共設(shè)有三個(gè)定時(shí)子程序分別是 DSP 定時(shí)給單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)子程序速度計(jì)算定時(shí)子程序和電流斬波定時(shí)調(diào)整子程序 DSP 定時(shí)給單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)子程序每隔一定時(shí)間把檢測到的電 流值和轉(zhuǎn)速值傳送給單片機(jī)顯示 速度計(jì)算定時(shí)子程序記錄每秒鐘捕捉到的轉(zhuǎn)子脈沖數(shù) 電流斬波定時(shí)調(diào)整子程序電機(jī)啟動(dòng)一定時(shí)間后調(diào)整電流斬波值 9 速度計(jì)算子程序 常用的數(shù)字測速法有兩種一種是 M 法測速即在相等的時(shí)間間隔內(nèi)用讀數(shù)步進(jìn)角脈沖個(gè)數(shù)來算出轉(zhuǎn)速從而得到轉(zhuǎn)速的測量值另一種是 T 法測速即測出相鄰兩個(gè)步進(jìn)脈沖之間的間隔時(shí)間來計(jì)算轉(zhuǎn)速 aM 法測速 步進(jìn)角脈沖信號(hào)由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)定時(shí)器每隔時(shí)間 T 向 CPU 發(fā)出一次中斷請(qǐng)求CPU 響應(yīng)中斷后從計(jì)數(shù)器讀出計(jì)數(shù)值并立即將計(jì)數(shù)器清零由計(jì)數(shù)值的大小即可求出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速測量值若時(shí)間 T 內(nèi)共發(fā)出 m 個(gè) 步進(jìn)角脈沖則轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算 式 9 式中每轉(zhuǎn)的步進(jìn)角脈沖數(shù) 由此可見轉(zhuǎn)速與計(jì)數(shù)值 m成正比顧冠以 M法測速 M法測速比較適合于高速運(yùn)行時(shí)測速低速時(shí)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的快速效應(yīng)改善系統(tǒng)的控制性能速度檢測時(shí)間即采樣時(shí)間 T 不可過長而每轉(zhuǎn)步進(jìn)角脈沖數(shù)一般不大所以為了提高速度檢測的分辨能力采用 M法時(shí)需要將脈沖信號(hào)經(jīng)倍頻器倍頻后再由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)這時(shí)式 53中表示每轉(zhuǎn)步進(jìn)角脈 沖數(shù)與倍頻之積 bT 法測速 T 法測速是測出相鄰兩個(gè)步進(jìn)脈沖之間的間隔時(shí)間來計(jì)算轉(zhuǎn)速的一種測量方法位置信號(hào)傳感器每輸出一步進(jìn)脈沖都向 DSP發(fā)出一次中斷請(qǐng)求 DSP響應(yīng)中斷后從計(jì)數(shù)器讀出計(jì)數(shù)值并清零由計(jì)數(shù)值即可算出轉(zhuǎn)速 設(shè)時(shí)鐘頻率為 f 兩個(gè)步進(jìn)脈沖間的計(jì)數(shù)值為 m 則步進(jìn)脈沖周期 T 為 式 10 則轉(zhuǎn)速為 式 11 式中每轉(zhuǎn)步進(jìn)脈沖數(shù) 對(duì)比式 11 和式 10 不難看出 T 法測速和 M 法測速剛好相反轉(zhuǎn)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(shí)上與 M法相比 T法測速的優(yōu)勢就在于低速對(duì)轉(zhuǎn)速的變化具有較強(qiáng)的分辨能力從而可望提高系統(tǒng)低速運(yùn)行的控制性能 對(duì)于本系統(tǒng)來說所用的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速較低不超過 200 轉(zhuǎn)分理論上應(yīng)該用 T法測速但由于 DSP總線頻率非常高使得 T法測速時(shí)兩個(gè)相鄰脈沖間的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)常溢出多次并且傳感器的信號(hào)有尖峰干擾這樣會(huì)導(dǎo)致測得的兩個(gè)脈沖沿有時(shí)并不是所希望的脈沖間隔使速度計(jì)算錯(cuò)誤 因此選用了 M 法測速通過檢測一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來計(jì)算轉(zhuǎn)速該法也受位置 傳感器尖峰信號(hào)的干擾影響測速精度經(jīng)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(gè)相鄰脈沖間的計(jì)數(shù)器值小于某個(gè)數(shù)就認(rèn)定該信號(hào)為尖峰干擾不計(jì)入 m 值 濾波程序如下 轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)中應(yīng)用的是 12 對(duì)極的無刷直流電機(jī)捕捉寄存器設(shè)為雙沿捕捉且只捕捉一個(gè)位置傳感器的信號(hào)所以如得到 1 秒鐘的 m 值則轉(zhuǎn)速為 式 12 6 結(jié)束語 本設(shè)計(jì) 利用電子換向代替電刷換向解決直流有刷電動(dòng)機(jī)電刷環(huán)流而引起的磨損和電火花不僅克服了機(jī)械換向電機(jī)的缺點(diǎn)又具有交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)采用DSP56F803 的 C 語言編程實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理和控制策略 2根據(jù)無刷直流電機(jī)的控制策略完成了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要的程序模塊有主程序定時(shí)中斷 PWM 參數(shù)重載中斷捕捉中斷 AD 采集 DA 輸出速度計(jì)算轉(zhuǎn)速和電流環(huán) PI 調(diào)節(jié)以及顯示程序等 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)特別是在課題的設(shè)計(jì)過程中對(duì)論文的技術(shù)問題導(dǎo)師都花費(fèi)了 大量的心血付出了大量的勞動(dòng)并一直給予我無微不至的指導(dǎo)與多方面的幫助使我的知識(shí)能力等各方面都有了很大的進(jìn)步在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x在課題進(jìn)行期間學(xué)院為我們提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)境在課題的研究和進(jìn)展中同組同學(xué)也給予了很大的幫助這里也一同表示感謝由于時(shí)間和知識(shí)水平所限論文中還可能會(huì)有許多紕漏或錯(cuò)誤之處懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正〔 1〕汪海燕．無刷直流電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)模糊控制的研究 []合肥工業(yè)大學(xué) 20211～ 2 〔 2〕習(xí)賀勛．基于 DSP 的無刷直流電動(dòng)機(jī)雙?？刂萍稗D(zhuǎn)矩波動(dòng)研究 [] 天津大學(xué) 20211～ 4 〔 3〕張 琛編著．直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社 202114～23128～ 136 〔 4〕何希才編著．新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)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(jī)原理與實(shí)踐．北京航空航天大學(xué)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(yīng)用．清華大學(xué)出版社 2021 年 8 月 〔 7〕王宏華編著．開關(guān)型磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社1998121～ 123 〔 8〕王曉明編著．電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制． 北京航空航天大學(xué)出版社 2021 〔 9〕王曉明王玲編著．電動(dòng)機(jī)的 DSP 控制．北京航空航天大學(xué)出版社 2021 〔 10〕陳伯時(shí)主編．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社 2021 〔 11〕羅能之．采用霍爾元件的無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路．江西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)2021 年第 2 期 〔 12〕李穎宏．單片機(jī)在直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)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(jī)控制器的設(shè)計(jì)．中小型電機(jī) 2021 年第28 期 〔 15〕耿云亮周波紀(jì)昉．無刷直 流電機(jī)的 DSP 控制及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的改善．第十四屆全國電源技術(shù)年會(huì)論文集 〔 16〕陳玉榮倪光正．直流無刷電機(jī)電流檢測技術(shù)的研究．農(nóng)機(jī)化研究 2021年 1 月第 1 期 〔 17〕呂金華汪良偉．無刷直流電機(jī)的 DSP 控制系統(tǒng)研究．武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2021 年第四期 〔 18〕張立幫．無位置傳感器直流無刷電機(jī)的 DSP 控制．電子產(chǎn)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