電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)詳解(編輯修改稿)
2024-08-03 15:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號(hào)送至比較器，當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過允許值，比如一只MOSFET擊穿或誤導(dǎo)通時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)送出低電平，觸發(fā)單片機(jī)的INT0外部中斷，使單片機(jī)能夠快速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)，從而保護(hù)MOSFET避免更大傷害。我們這里所要講述的準(zhǔn)確，及時(shí)兩個(gè)要素，主要是針對(duì)放大器放大之后的信號(hào)處理過程來表述的。
準(zhǔn)確
圖1首先一個(gè)條件是準(zhǔn)確，這里所指的是電流的AD采樣和轉(zhuǎn)換的時(shí)機(jī)。我們現(xiàn)在使用的是PWM脈沖驅(qū)動(dòng)，這種脈沖驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致的直接結(jié)果是放大后的電流信號(hào)與PWM脈沖頻率相同，相位上滯后一定時(shí)間的脈動(dòng)電流波形，見圖1。這種波形會(huì)類似于一個(gè)梯形，如果我們要獲得準(zhǔn)確的電流AD轉(zhuǎn)換值，最好的辦法就是在梯形波的上邊中間采樣電流信號(hào)，這樣所獲得的電流AD值才能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)電流的實(shí)際大小。在本文所選的單片機(jī)上，AD轉(zhuǎn)換的采樣開始時(shí)間由ADCON0中的ADON位控制開始，AD轉(zhuǎn)換則由ADGO位啟動(dòng)，采樣時(shí)間，在單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)里有明確的規(guī)定，在一般控制器放大電路中，采樣的時(shí)間一般采用1020μS，在這期間可以做一些固定的事，比如系統(tǒng)計(jì)時(shí)之類的，以免浪費(fèi)資源。而轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)然是越快越好，這里設(shè)定為2μS/bit。
那么怎樣保證采樣的準(zhǔn)確性呢？這里有一個(gè)前面提過的辦法，就是使用定時(shí)中斷，我們可以設(shè)定好使定時(shí)中斷和PWM周期同步，這里采用TMR2經(jīng)以PWM頻率1:2的后分頻之后產(chǎn)生的中斷。此中斷發(fā)生在每?jī)蓚€(gè)PWM信號(hào)起始時(shí)刻，預(yù)先設(shè)定好AD的通道，將AD轉(zhuǎn)換器切換到檢測(cè)電流的那個(gè)通道，當(dāng)進(jìn)入TMR2中斷處理完現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，中斷源判斷等一系列動(dòng)作之后，再延時(shí)一段時(shí)間，開啟ADON的時(shí)刻，也就是對(duì)電流波形采樣的時(shí)刻剛好落在電流梯形波的前部，采樣完畢之后馬上進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在等待轉(zhuǎn)換結(jié)果出來的過程中，我們也不能閑著，畢竟那是20μS的時(shí)間，在資源比較緊張的時(shí)候浪費(fèi)了可惜，我們可以做一些比如鑒相的工作，就是在電子換相中所作必須作的工作。
中斷中AD采樣時(shí)機(jī)的掌握例程：
BCF PIR1,TMR2IF 。6μS，TMR2中斷
CALL HENGLIU 。恒流查表程序，利用這個(gè)程序延時(shí)一段時(shí)間以便在合適的時(shí)間準(zhǔn)確采樣電流值。
BTFSC INTCON,INTF
GOTO INTB0 。是否過流
MOVF AD_CHANNEL,W 。AD檢測(cè)部分,設(shè)置合適的AD通道，并且開啟AD模塊開始采樣
MOVWF ADCON0 。
CALL TIME05 。16F886
BTFSC INTCON,INTF
GOTO INTB0 。是否過流
BSF ADCON0,GO 。開始AD轉(zhuǎn)換
CALL READ_HALL 。利用AD轉(zhuǎn)換的間歇做別的事
LOOP_TMR2
BTFSC INTCON,INTF
GOTO INTB0 。是否過流
BTFSC ADCON0,GO
GOTO LOOP_TMR2及時(shí)
其次是要及時(shí)。如果我們想及時(shí)準(zhǔn)確地控制電流，采樣次數(shù)也是要求越多越好，因?yàn)殡娏鞯淖兓喈?dāng)快，在一個(gè)PWM周期中變化量可能會(huì)很大，所以我們最好是在一個(gè)PWM周期里采樣數(shù)次，但是我們的單片機(jī)沒有這么快的速度，再說PWM的占空比在一個(gè)周期中只接受最后的改變，新的占空比參數(shù)要到下個(gè)周期才能發(fā)揮作用，所以一個(gè)PWM周期采樣一次就夠了，但每個(gè)采樣周期采樣單片機(jī)還是來不及處理，為了更好地處理其它事情，我們兩個(gè)PWM周期才對(duì)電流采樣一次。
采樣轉(zhuǎn)換之后的工作，就是處理了。怎樣根據(jù)AD結(jié)果去調(diào)節(jié)電流？我們不需要想到PID控制那么復(fù)雜的概念，只需要在電流沒達(dá)到限制值時(shí)逐漸增加CCPR1L的值，直到等于手柄設(shè)定值為止，如果在此過程中電流接近限制值，那么應(yīng)該不再增加CCPR1L的值，直到電流減小。如果電流超過了限制值，則根據(jù)超過的量，找一個(gè)比較合適的減小量，比如CCPR1L減1或減3，一切以電流比較穩(wěn)定為準(zhǔn)，不要有太大的波動(dòng)，但波動(dòng)越小，我們要求PWM占空比調(diào)整精度越高。
這里要提一下的是PWM分辨率，以PIC16F72的條件，PWM的占空比調(diào)整可以有10BIT的精度，可調(diào)整的為數(shù)越多，電流細(xì)調(diào)就越精確，但10BIT的數(shù)據(jù)涉及2個(gè)字節(jié)的運(yùn)算，所以我們還是只采用8BIT的調(diào)整精度，實(shí)踐證明，8BIT的精度對(duì)調(diào)整電流來說足夠。所以我們只對(duì)CCPR1L進(jìn)行操作就可以，前提是TMR2預(yù)分頻值為1：1恒流算法電流即時(shí)值和有效值的矛盾：
也許我們注意到大多數(shù)控制器的最大電流并沒有出現(xiàn)在堵轉(zhuǎn)的時(shí)候，這是因?yàn)樯厦嫖覀兯鶛z測(cè)到的是電流的即時(shí)值，我們?cè)陔娏鞅砩峡吹降氖请娫措娏鞯挠行е?，?dāng)PWM占空比不是100%的情況下，電流有效值≈電流即時(shí)值*PWM占空比，也就是說，占空比越小，要保證電流有效值達(dá)到我們的期望值，電流的即時(shí)值要提高，這樣就涉及一個(gè)算法問題：提高多少？我們可以根據(jù)上面那個(gè)公式做一個(gè)表格，或者根據(jù)CCPR1L中的值做一個(gè)簡(jiǎn)單的換算?？傊撬惴ú荒芴珡?fù)雜，不能占用太多的系統(tǒng)時(shí)間。
電流的測(cè)量和控制還涉及到其他兩個(gè)附加功能：換相消噪和降低溫升。這里就只講講換相消噪。
怎樣減小換相噪聲？
在電動(dòng)車剛剛起步的時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)換相時(shí)電機(jī)會(huì)發(fā)出很大的突突聲，這是由于電機(jī)起步時(shí)電流比較大，而電機(jī)是個(gè)感性負(fù)載，換相后由于電機(jī)線圈電流不會(huì)一下增大到換相前的水平，這樣就造成換相前后電流反差非常大，從而導(dǎo)致牽引力的急劇變化，這種變化便會(huì)引起電機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)，這種振動(dòng)噪聲我們不能完全消除，但有簡(jiǎn)單的方法減小，就是在換相后的一段時(shí)間使PWM脈沖占空比達(dá)到100%來使電流增長(zhǎng)快一點(diǎn)，從而減輕振動(dòng)噪聲。需要提醒的是在這個(gè)過程中我們需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)電流變化，電流一達(dá)到換相前的水平就可以恢復(fù)換相前的PWM占空比。如果電流始終達(dá)不到以前的水平，那么最多延時(shí)十多個(gè)PWM周期即可，時(shí)間長(zhǎng)了也沒用，以不影響到鑒相等其它重要工作為度。降低溫升這個(gè)我在《硬件電路詳解要點(diǎn)》中已經(jīng)初步介紹過，主要的手段就是加入同步續(xù)流的概念，那么，在軟件中什么時(shí)候開始開啟同步續(xù)流開關(guān)呢？在電流小的時(shí)候，電機(jī)線圈中的感應(yīng)電流并不大，所以沒必要開啟；在PWM占空比達(dá)到100%時(shí)，由于沒有上橋的開關(guān)損耗，也沒必要開，或在PWM占空比接近100%時(shí)，下橋沒來得及開就被關(guān)閉，也沒有必要開，所以開啟同步續(xù)流功能的條件可歸納為：電流超過35A時(shí)，PWM占空比≤95%時(shí)開啟同步整流，由于硬件電路設(shè)計(jì)得比較完善，在軟件中，開啟同步續(xù)流只需將RB1置為低電平即可。
關(guān)于電流的另一點(diǎn)：過流保護(hù)，當(dāng)有MOSFET擊穿或
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