【正文】 電勢系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)。s equivalent circuit由圖24可見，IPM[9]是一種包括反并聯(lián)續(xù)流二極管在內(nèi)的由IGBT組成的逆變器。 反電勢過零檢測原理三相無刷直流機每轉(zhuǎn)60o就需要換向一次，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)需要換向六次，因此需要六個換向信號。反電勢檢測電路如圖27所示。因為如果R1過小則會造成對分壓電阻R2的短路，使其失去作用。由于TMS320LF2407A的A/D轉(zhuǎn)換單元輸入信號的電壓范圍為0～，而電流采樣信號比較小，所以需要進行放大。同樣的原理應(yīng)用于過壓上，以比三相交流電正常供電電壓高10%（即幅值418V）時為過壓的標準線，即三相交流輸入電壓高于418V時（變壓器副邊電壓高于11V）為過壓。2)片內(nèi)高達32K字的FLASH程序存儲器?？刂齐姍C起動，通過按按鈕SW2，START信號由高電平變?yōu)榈碗娖?，送DSP的ADCIN04(I/O) 多功能口，通過程序?qū)DCIN04（I/O）口配置成I/O口，當DSP檢測到START信號變低時，系統(tǒng)便開始電機起動程序。其中CPUCLOCK它是由鎖相環(huán)時鐘模塊提供的最高頻率時鐘，為內(nèi)部CPU使用，DSP內(nèi)部所有的存儲器和任何直接與CPU總線直接連接的外圍設(shè)備，包括外部存儲器接口，都是用CPUCLOCK。因此，比較值要小于周期值。如果在增計數(shù)時比較值大于周期值，而在隨后的減計數(shù)時會發(fā)生比較匹配，這時引腳仍然會發(fā)生正跳變，因此會產(chǎn)生輸出錯誤。當 電角度: 電機轉(zhuǎn)速為: ……………………………（32） 將上式轉(zhuǎn)速n的單位化為，電機的轉(zhuǎn)速為 ………（33） 由于TMS320LF2407A DSP只能夠進行16位的除法運算，且運算結(jié)果商存入累加器的低位，余數(shù)存入累加器的高位。因此需要速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化。本系統(tǒng)采用預(yù)定位起動方式。b)反電勢信號的相序是固定不變的，而非隨機的，保證電機有一個確定的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)電機的正確起動。4) BLDC_PWM_DRV 此軟件模塊是PWM 波形生成模塊，主要用于產(chǎn)生三相功率變換電路的6 個功率開關(guān)的開關(guān)控制信號，該模塊的輸入變量為：cmtn_ptr_bd：三相功率變換電路當前的開關(guān)狀態(tài)，范圍0～5。設(shè)置PLL 單元，使DSP 在10MHz:的晶振輸入下，處理器以20MHz 的速度運行。其中PWMINT 中斷、PDPINT 中斷產(chǎn)生系統(tǒng)中INT2， CAPINT 中斷產(chǎn)生系統(tǒng)中斷INT4 。1) INT2 中斷由于 INT2 是由兩個中斷產(chǎn)生的，進入該中斷服務(wù)程序后必須判斷此中斷是由哪個中斷產(chǎn)生的，從而轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序。所以在中斷服務(wù)程序中設(shè)置了一個軟件計數(shù)器count 變量，初始值為0，每進一次PWM 中斷其值加一，當count=10 時，進行速度調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)完后將count 值重新置0，進行下一次速度調(diào)節(jié)等待。這些操作是通過調(diào)用“更新比較值或換向”字程序來實現(xiàn)的。由于無位置傳感器無刷直流機控制技術(shù)還處于發(fā)展階段，有些技術(shù)還不夠成熟，因此本文還存在一些不足的地方，如精度還不夠理想。它還具有非常高的采樣速率，使環(huán)路延遲最小，堪稱是業(yè)界最具競爭力的數(shù)字電機控制器。美國，I1(德州儀器)公司自1982年發(fā)明第一片DSP(數(shù)字信號處理器)以來，最近又推出數(shù)字電機微控制器TMS320LF240x，該芯片對電機的數(shù)字化控制非常有用。整個系統(tǒng)省去了以往復(fù)雜的硬件電路，結(jié)構(gòu)緊湊，采用結(jié)構(gòu)更加合理的軟件實現(xiàn)了大部分功能，從而達到更好的效果。ADC中斷子程序的框圖如圖38所示。是整個系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵部分。將CAP 單元設(shè)為I/O 口SPLK 0FF00h，OCRBSPLK 0000h，PCDATDIRLACC PCDATDIR 。在兩位置改變的時間間隔內(nèi)，如果計數(shù)器計數(shù)不超過65535，則整個速度計算不會產(chǎn)生錯誤，否則計算所得的速度會與實際速度差別很大。6)CURRENT_REG： 電流調(diào)節(jié)模塊，其功能是保證系統(tǒng)在合適的電流下運行，其輸入是速度環(huán)的電流給定和電流采樣得到的當前電流值，將給定電流與當前電流采樣值進行比較，并進行調(diào)節(jié)（詳情參考第三章），其輸出為D_func 也即PWM 輸出的占空比。同時此模塊還對位置傳感器來的信號進行防抖動處理，消除由于電機振動產(chǎn)生的誤操作。采用這種方式起動，一方面使繞組中具有一定大小的反電勢信號，另一方面反電勢信號的相序是固定的而非隨機的，保證電機有一個確定的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)電機的正確起動。因此電機必須以他控式同步電動機方式起動、加速，最后切換至無刷電機狀態(tài)。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e(t)。總的來說，采用上述的無速度傳感器測速方法，其檢測性能(包括速度反饋值的精度和滯后時間)比有速度傳感器的測速方法要低一些，因此這類調(diào)速系統(tǒng)只能用于對調(diào)速性能要求不高的場合。下面只對對稱波形PWM波的產(chǎn)生進行說明。由圖32可見，在對稱PWM波形中，如果增計數(shù)時的周期值和比較值等于減計數(shù)時的周期值和比較值，PWM波的周期是周期寄存器周期值的2倍。 圖31無刷直流機系統(tǒng)原理圖 The diagram of brushless system diagram PWM波的產(chǎn)生原理PWM波[4]是一種脈寬可調(diào)的脈沖波，用于交、直流電動機的電壓控制。采用封裝好的晶體振蕩器，這種方法使用方便，在實際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。11)高達40個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。它將幾種外設(shè)集成到芯片內(nèi)，形成了真正的單芯片控制器，具有運算速度在30MPIS以上、外設(shè)集成度高、程序存儲量大（片內(nèi)FLASH）、ADC模塊的轉(zhuǎn)換速度快等特點。按照在10%的范圍內(nèi)作為正常來衡量，標定電位器W3和W4,W3標定欠壓，W4標定過壓。過流檢測是為了防止電機過載、起動或異常運行時由于電流過大而對控制電路、功率逆變器和電動機本體的損害而設(shè)計的。如果經(jīng)很小的分壓比分壓，則進入DSP的ADC模塊的電壓值更小從而帶來測量誤差，從而進一步影響電機的起動、換相。濾波后的端電壓檢測信號與電機的中性點電壓進行比較，獲得反電動勢的過零點。故這種方法又稱為端電壓檢測法。IPM（Intelligent Power Module）智能電力電子模塊是電力電子集成電路PIC（Power Integrated Circuit）的一種。感應(yīng)電動勢的梯形波有利于電動機產(chǎn)生一個恒定的轉(zhuǎn)矩。這時如果轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)下去就進入圖（c）所示的位置，這樣就會使同一磁極下的電樞繞組中有部分導(dǎo)體的電流方向不一致，它們互相抵消，削弱磁場，使電磁轉(zhuǎn)矩減小。因此，不同的選擇會使電動機產(chǎn)生不同的性能并且成本也不相同。定子上有電樞，這一點與永磁有刷直流電動機正好相反?，F(xiàn)在市面上的無刷直流機控制器大多采用單片機來實現(xiàn)。早在本世紀30年代，就有人開始研制以電子換向來代替電刷機械換向的無刷直流機，并取得了一定的成果。運動控制專用微處理器種類很多，尤其以TI公司的TMS320C24系列將電機控制所需的外圍功能電路集成在一個DSP芯片內(nèi)，其具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點，運算速度可達20～40MINPS，指令周期僅為幾十納秒，與普通的MCU相比，運算及處理能力增強10～50倍，確保了系統(tǒng)具有更優(yōu)越的控制性能。圖中，直流電源通過開關(guān)電路向電動機定子繞組供電，位置傳感器隨時檢測到轉(zhuǎn)子所處位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止。因此希望盡量減小轉(zhuǎn)矩波動。這樣如此下去，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60o角就換相一次，相電流按圖所示的順序進行斷電和通電，電動機就會平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)下去。和直流電動機一樣，當U變化時即改變，電動機可以進行無級調(diào)速。在此電路中，功率變換由6個IGBT開關(guān)管及續(xù)流二極管構(gòu)成三相逆變橋。每相的感應(yīng)電動勢都有2個過零點，這樣三相共有六個過零點。圖27端電壓檢測電路及其與DSP接口 The diagram of terminal voltage detection circuit and its DSP interface該電路采用分壓電阻檢測三相端電壓，檢測到的信號經(jīng)過隔離、放大后分別送到TMS320LF2407A的ADCIN01～ADCIN03通道。實際由于端點壓信號不是完全的梯形波，而總帶有干擾信號。同時為了保護DSP不因過流信號而損壞，還應(yīng)該對電流信號進行隔離。以=，標定W4使其中間抽頭輸出電壓為5V。544字雙端口RAM(DRRAM)和2K字的單口RAM( SARAM )。而電機停機是通過SW1按鈕控制，STOP信號送DSP的ADCIN04(I/O)口，當SW1按下時，DSP檢測到高電平時，電機停轉(zhuǎn)。圖213時鐘電路 The diagram of clock circuit系統(tǒng)時鐘SYSCLOCK和看門狗時鐘都由CPU時鐘提供。根據(jù)使用比較器的不同，有兩種產(chǎn)生PWM波的方法：一種是使用定時器比較寄存器；另一種是使用比較單元。這種情況下硬件會自動使輸出總是1，除非新的比較值為0。故實際采用的轉(zhuǎn)速計算公式為: ……（34）通常，速度檢測的性能是由速度反饋值的精度和滯后時間來描述的，只有在高精度的速度檢測下，才有可能改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；只有縮短速度檢測的滯后時間，才有可能使系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定的快速響應(yīng)，保證系統(tǒng)的隨動性能。速度調(diào)節(jié)器的作用是對給定速度與反饋速度之差按一定規(guī)律進行運算，并通過運算結(jié)果對電動機進行調(diào)速控制?？刂谱饔玫膹娙跞Q于比例系數(shù)，比例系數(shù)越大，控制越強，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其程序框圖如圖36所示。c)無須設(shè)計專門的起動電路，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，對于任意的轉(zhuǎn)子初始位置角，電機都能可靠實現(xiàn)預(yù)定位，保證電機從零速度起動并快速切換到無傳感器閉環(huán)方式運行。d_func：PWM 輸出的占空比，范圍為0000h～7FFFh。設(shè)置看門狗單元，禁用看門狗功能。其優(yōu)先級的大小為PDPINTPWMINTCAPINT。其具體程序如下:LDP 00E8hLACL IVRA 。3) PDPINT 中斷 當 DSP 的PDPINT 腳為低電平時，產(chǎn)生PDPINT 中斷通常用來實現(xiàn)故障保護的功能，防止驅(qū)動系統(tǒng)因為過壓、過流、過熱等情況受到破壞。該程序框圖如圖39所示。因此無位置傳感器控制系統(tǒng)的精度問題仍然是需要研究的一個重要問題。作為一個系統(tǒng)的管理者，TMS320F240 具有強大的片內(nèi)I/O 口和其他外圍設(shè)備,其事件管理器與其他任何DSP 均不同，應(yīng)用優(yōu)化的外圍設(shè)備單元與高性能的DSP 內(nèi)核結(jié)合在一起，使電機的高精度高效全變速控制中使用先進的控制技術(shù)成為可能。用軟件取代模擬器件，可以方便地修改控制策略、修正控制參數(shù)，此外還可以具有故障監(jiān)測、自診斷和上位機管理與通訊等功能。其轉(zhuǎn)速電流上閉環(huán)控制都是通過軟件來實現(xiàn)的，可適用于給定轉(zhuǎn)速不同的調(diào)速系統(tǒng)，只需根據(jù)用戶的需要將程序的初始值改一下即可，而不像模擬電路那樣，如果給定值不同則要對整個系統(tǒng)進行的參數(shù)進行重新調(diào)試，他省去了繁瑣的調(diào)試過程減少了經(jīng)濟開，這一方面是此系統(tǒng)的一大優(yōu)點所在。利用定時器1的周期匹配功能觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，因此每50進行一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生中斷。在這個中斷處理程序中將完成電機外部給定轉(zhuǎn)速輸入，故障處理，電流檢測，轉(zhuǎn)速、電流PID調(diào)節(jié)，PWM 波輸出等功能。其具體程序如下:LDP 00E1h。這里我們選用連續(xù)加(continuousup)計數(shù)方式，當計數(shù)器溢出時自動從0xFFFFh 轉(zhuǎn)到0X0000h。其速度的增大和減小也是通過電流的變化來實現(xiàn)的。如圖36所示圖 36 HALL3_DRV 結(jié)構(gòu)圖Fig36 HALL3_DRV module 根據(jù)DSP 上CAP 捕捉單元捕捉到的3 相無刷直流電動機霍爾傳感器信號，對照相對應(yīng)的真值表，判斷出電機的位置，輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖給MOD6_CNT 模塊。調(diào)試中需要注意的是To和PWM的占空比的選擇，以及對加速過程中占空比的變化速度的控制。當轉(zhuǎn)子靜止或低速時，反電勢為零或太小，無法利用。常規(guī)的模擬PI控制系統(tǒng)原理框圖見圖34，該系統(tǒng)由模擬PI調(diào)節(jié)器和被控對象組成。因此，當轉(zhuǎn)速在低速時，應(yīng)適當減??；當轉(zhuǎn)速在高速時，應(yīng)適當增大。對這些寄存器正確的初始化就可以產(chǎn)生對稱的非對稱的PWM波形。比較值的改變影響了PWM脈沖的兩邊波形，這就是對稱PWM波形的特點。被確定要導(dǎo)通的相并不總是在導(dǎo)通，它受PWM輸出信號的控制，邏輯與單元的任務(wù)就是把換向信號和PWM信號結(jié)合起來，再送到IPM模塊。第二種是將外部時鐘源直接輸入X2CLKIN引腳，X1懸空。10)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。它具有低成本、低功耗、高性能的處理能力。 如圖210所示，系統(tǒng)采用信號變壓器，原邊為三相交流電壓的某線電壓，變比為380：10，通過橋式整流，將副邊的交流信號轉(zhuǎn)換成直流電。電流檢測信號一方面作為DSP的過流保護信號，接至DSP的引腳；另一方面作為電流環(huán)的反饋信號，輸入到DSP的ADCIN00引腳。在應(yīng)用反電勢算法進行轉(zhuǎn)子位置檢測時，由于在起動的過程中，反電勢很小。 圖26 無位置傳感器位置檢測電路結(jié)構(gòu) The diagram of sensorless position detection circuit由于端電壓不是完全的梯形波，總帶有毛刺和諧波干擾，這些干擾將嚴重影響反電動勢過零點的正確檢測，為此必須對其進行深度濾波。由于反電勢難以直接測取，通常通過檢測端電壓間接獲得反電勢過零點。圖23直交變換電路圖 The diagram of orthogonal transform circuit直交變換部分(電路圖如圖33所示)采用三菱公司的第三代“智能功率模塊”(IPM )。實際上，感應(yīng)電動勢的梯形波形取決于轉(zhuǎn)子永磁體供磁磁場和定子繞組空間分布，以及兩者的匹配情況。當轉(zhuǎn)過60o角后，轉(zhuǎn)子位置如圖（b）所示。無刷