【文章內(nèi)容簡介】 壓控制PWM （1）馬鞍形波與三角波比較法 （2）單元脈寬調(diào)制法 3. 電流控制PWM （1）滯環(huán)比較法 （2）三角波比較法 （3）預(yù)測電流控制法 4. 空間電壓矢量控制PWM 5. 矢量控制PWM 6. 直接轉(zhuǎn)矩控制PWM 7. 非線性控制PWM 8. 諧振軟開關(guān)PWM四、無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計（一）基本原理 本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，通過LM621，以2*3矩陣鍵盤做為輸入，4位數(shù)碼管顯示，達到控制無刷直流電機的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在系統(tǒng)中，采用了PWM技術(shù)對電機進行控制，通過對占空比的計算達到精確調(diào)速的目的。如果采用軟件換相，單片機要不斷地執(zhí)行換相操作，才能使電動機轉(zhuǎn)動下去，同時還要監(jiān)控用戶界面，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向操作，因此負擔(dān)很重，故本系統(tǒng)中采用專用集成電路芯片LM621來完成換相工作。（二）總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如圖9所示。圖9 系統(tǒng)整體框圖五. 無刷直流電動機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計（一）無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件圖詳見附錄B（二）AT89C51簡介 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM)和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM)，期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器9(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)： 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃存存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz——24MHz 三級加密程序存儲器 128*8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程呢個I/O口線 2個16位定時器/計時器 5個中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式功能概述： AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)同，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作指導(dǎo)下一個硬件復(fù)位。AT89C51引腳圖如圖10所示。圖10 AT89C51引腳圖（三）單片機與鍵盤接口圖11 系統(tǒng)鍵盤接口 本系統(tǒng)使用最簡單的2*3矩陣鍵盤實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的操作，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖12所示:啟動/制動▲正反轉(zhuǎn)?▼? 圖12 鍵盤結(jié)構(gòu)各鍵對應(yīng)的功能和鍵值如表1。表1 各鍵對應(yīng)功能和鍵值：鍵位功能鍵值S1啟動/制動0XA0S2▲0X90S3正反轉(zhuǎn)0X88S4?0X60S5▼0X50S6?0X48各鍵詳細功能如下： S1：啟動系統(tǒng)。單片機上電初始化后，首先掃描鍵盤，若S1被按下，則啟動系統(tǒng)，否則將一直掃描鍵盤，此時其他鍵沒有任何功能。S4和S6：系統(tǒng)運行期間，若按下S4或S6，系統(tǒng)進入調(diào)速狀態(tài)，此時4位數(shù)碼管從左邊第一位開始閃爍，代表當(dāng)前位，若5S內(nèi)鍵盤沒輸入，則自動確認當(dāng)前輸入值，通過調(diào)速達到設(shè)定值。 S2和S5：通過按S4或S6，當(dāng)前位閃爍，此時通過S2和S5可對當(dāng)前位進行+1/1，若5S內(nèi)沒有操作，系統(tǒng)自動確認當(dāng)前輸入值。 S3：正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點機的反轉(zhuǎn)。（四）單片機與顯示數(shù)碼管接口圖13 單片機與數(shù)碼管顯示電路接口 整個顯示電路包括兩部分： 本系統(tǒng)采用4位8段共陰極數(shù)碼管顯示 P0口接上拉電阻 數(shù)碼管段選通過限流電阻接P0口 —— 兩個二極管一個代表正轉(zhuǎn)一個代表反轉(zhuǎn)（五）逆變器與驅(qū)動電路接口圖 14 逆變器與驅(qū)動電路接口 本系統(tǒng)逆變部分采用三相橋式全控逆變電路，功率開關(guān)器件采用IGBT。 （1）通過無刷直流電機換相專用芯片LM621控制功率管的導(dǎo)通，從而驅(qū)動電動機，LM621的特點： 三相和思想無刷直流電動機兼容 雙極性驅(qū)動三相三角形聯(lián)結(jié)或星形聯(lián)結(jié)繞組 單極性驅(qū)動三相有中心抽頭的星形聯(lián)結(jié)繞組 三相電動機位置傳感器空間間距30176?；?0176。 四相電動機位置傳感器空間間距90176。 輸出端直接驅(qū)動雙極型功率管（可提供35mA基極電流）或MOSFET功率器件 有可調(diào)死區(qū)時間及其時鐘振蕩器直接與PWM信號接口和霍爾位置傳感器接口欠電壓封鎖（2）其原理如圖15所示。圖15 LM621原理圖換相波形波形如圖16所示。LM621換相譯碼真值表如表2。管腳功能定義： 引腳1（Vcc1）：第一電源，邏輯部分和時鐘用電源，+5V 引腳2（DIRECTION)：轉(zhuǎn)向控制端。由于所施加的邏輯電平?jīng)Q定電機轉(zhuǎn)向 引腳3（DEADTIME ENABLE):死區(qū)時間使能端?？刂扑绤^(qū)功能，高電平有效。 引腳4（CLOCK TIMING):時鐘定時端。該端外接定時電容和電阻至地，設(shè)定時鐘振蕩周期，決定死區(qū)時間。 引腳7（HSHSHS3）：霍爾位置傳感器輸入端。 引腳8（30/60SELECT):30/60選擇端。三相電動機傳感器空間間距30176。時，該端施加高電平；60176。時，施加零電平。 引腳9（LOGIC GROUND):邏輯地。 引腳10（POWER GROUND):功率地。 引腳1113（CURRENT SOURCE OUT)：灌電流輸出端。、 引腳1116（CURRENT SINK OUT):抽電流輸出端。 引腳17（OUTPUT INHIBIT)：輸出禁止端。對該引腳施加高電平時，輸出被關(guān)閉。 引腳18（MOTOR SUPPLY VOLTAGE): Vcc2（+5——40V）端，第二電源，它提供11——13腳灌電流輸出的電流。圖16 60176。換相波形表2 LM621換相真值表：（六）限流電路圖17 限流電路 從圖17可知，主回路中通過電動機的電流最終是經(jīng)過電阻R8接地。因此，Uf=R8IM，其大小正比于電動機的電流IM。而Uf同數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U0分別送到LM324運算放大器的兩個輸入端，一旦反饋電壓Uf大于來自數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的給定信號U0,則LM324運算放大器輸出為低電平，通過非門變?yōu)楦唠娖捷斎氲絃M621的引腳17，使輸出關(guān)斷，從而階段了直流無刷電動機釘子繞組的所有電流通路，迫使電動機電流下降，一旦電流下降到時Uf小于U0,則LM324運算放大器輸出回到高電平，通過非門變?yōu)榈碗娖?，接LM621的17腳，LM621正常工作。六、軟件部分 本系統(tǒng)設(shè)置兩個標(biāo)志位tag（啟動標(biāo)志位，0代表運行，1代表停止）和tag1（閃爍標(biāo)志位，0代表有閃爍，0代表無閃爍），另外設(shè)置兩個數(shù)組:數(shù)碼管段選數(shù)組d_p和位選數(shù)組p1。 本系統(tǒng)程序主要由 大本分組成： 主程序中斷服務(wù)程序 鍵盤掃描程序 顯示程序 啟動程序 停機程序 向上箭頭程序 向下箭頭程序 左移程序 右移程序 正反轉(zhuǎn)程序測速程序 PWM輸出程序 18