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正文內(nèi)容

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
點(diǎn)擊復(fù)制文檔內(nèi)容
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