電動車無刷電機控制器軟件設計詳解(編輯修改稿)
2024-08-03 15:46 本頁面
【文章內容簡介】 來控制電流不超過我們所允許的值。另一路信號送至比較器，當電流突然由于某種原因大大超過允許值，比如一只MOSFET擊穿或誤導通時，比較器翻轉送出低電平，觸發(fā)單片機的INT0外部中斷，使單片機能夠快速關斷驅動，從而保護MOSFET避免更大傷害。我們這里所要講述的準確，及時兩個要素，主要是針對放大器放大之后的信號處理過程來表述的。
準確
圖1首先一個條件是準確，這里所指的是電流的AD采樣和轉換的時機。我們現在使用的是PWM脈沖驅動，這種脈沖驅動導致的直接結果是放大后的電流信號與PWM脈沖頻率相同，相位上滯后一定時間的脈動電流波形，見圖1。這種波形會類似于一個梯形，如果我們要獲得準確的電流AD轉換值，最好的辦法就是在梯形波的上邊中間采樣電流信號，這樣所獲得的電流AD值才能較為準確地反應電流的實際大小。在本文所選的單片機上，AD轉換的采樣開始時間由ADCON0中的ADON位控制開始，AD轉換則由ADGO位啟動，采樣時間，在單片機的數據手冊里有明確的規(guī)定，在一般控制器放大電路中，采樣的時間一般采用1020μS，在這期間可以做一些固定的事，比如系統計時之類的，以免浪費資源。而轉換時間，當然是越快越好，這里設定為2μS/bit。
那么怎樣保證采樣的準確性呢？這里有一個前面提過的辦法，就是使用定時中斷，我們可以設定好使定時中斷和PWM周期同步，這里采用TMR2經以PWM頻率1:2的后分頻之后產生的中斷。此中斷發(fā)生在每兩個PWM信號起始時刻，預先設定好AD的通道，將AD轉換器切換到檢測電流的那個通道，當進入TMR2中斷處理完現場保護，中斷源判斷等一系列動作之后，再延時一段時間，開啟ADON的時刻，也就是對電流波形采樣的時刻剛好落在電流梯形波的前部，采樣完畢之后馬上進行轉換。在等待轉換結果出來的過程中，我們也不能閑著，畢竟那是20μS的時間，在資源比較緊張的時候浪費了可惜，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采樣時機的掌握例程：
BCF PIR1,TMR2IF 。6μS，TMR2中斷
CALL HENGLIU 。恒流查表程序，利用這個程序延時一段時間以便在合適的時間準確采樣電流值。
BTFSC INTCON,INTF
GOTO INTB0 。是否過流
MOVF AD_CHANNEL,W 。AD檢測部分,設置合適的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轉換
CALL READ_HALL 。利用AD轉換的間歇做別的事
LOOP_TMR2
BTFSC INTCON,INTF
GOTO INTB0 。是否過流
BTFSC ADCON0,GO
GOTO LOOP_TMR2及時
其次是要及時。如果我們想及時準確地控制電流，采樣次數也是要求越多越好，因為電流的變化相當快，在一個PWM周期中變化量可能會很大，所以我們最好是在一個PWM周期里采樣數次，但是我們的單片機沒有這么快的速度，再說PWM的占空比在一個周期中只接受最后的改變，新的占空比參數要到下個周期才能發(fā)揮作用，所以一個PWM周期采樣一次就夠了，但每個采樣周期采樣單片機還是來不及處理，為了更好地處理其它事情，我們兩個PWM周期才對電流采樣一次。
采樣轉換之后的工作，就是處理了。怎樣根據AD結果去調節(jié)電流？我們不需要想到PID控制那么復雜的概念，只需要在電流沒達到限制值時逐漸增加CCPR1L的值，直到等于手柄設定值為止，如果在此過程中電流接近限制值，那么應該不再增加CCPR1L的值，直到電流減小。如果電流超過了限制值，則根據超過的量，找一個比較合適的減小量，比如CCPR1L減1或減3，一切以電流比較穩(wěn)定為準，不要有太大的波動，但波動越小，我們要求PWM占空比調整精度越高。
這里要提一下的是PWM分辨率，以PIC16F72的條件，PWM的占空比調整可以有10BIT的精度，可調整的為數越多，電流細調就越精確，但10BIT的數據涉及2個字節(jié)的運算，所以我們還是只采用8BIT的調整精度，實踐證明，8BIT的精度對調整電流來說足夠。所以我們只對CCPR1L進行操作就可以，前提是TMR2預分頻值為1：1恒流算法電流即時值和有效值的矛盾：
也許我們注意到大多數控制器的最大電流并沒有出現在堵轉的時候，這是因為上面我們所檢測到的是電流的即時值，我們在電流表上看到的是電源電流的有效值，當PWM占空比不是100%的情況下，電流有效值≈電流即時值*PWM占空比，也就是說，占空比越小，要保證電流有效值達到我們的期望值，電流的即時值要提高，這樣就涉及一個算法問題：提高多少？我們可以根據上面那個公式做一個表格，或者根據CCPR1L中的值做一個簡單的換算?？傊撬惴ú荒芴珡碗s，不能占用太多的系統時間。
電流的測量和控制還涉及到其他兩個附加功能：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？
在電動車剛剛起步的時候我們會發(fā)現換相時電機會發(fā)出很大的突突聲，這是由于電機起步時電流比較大，而電機是個感性負載，換相后由于電機線圈電流不會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，從而導致牽引力的急劇變化，這種變化便會引起電機強烈振動，這種振動噪聲我們不能完全消除，但有簡單的方法減小，就是在換相后的一段時間使PWM脈沖占空比達到100%來使電流增長快一點，從而減輕振動噪聲。需要提醒的是在這個過程中我們需要隨時監(jiān)測電流變化，電流一達到換相前的水平就可以恢復換相前的PWM占空比。如果電流始終達不到以前的水平，那么最多延時十多個PWM周期即可，時間長了也沒用，以不影響到鑒相等其它重要工作為度。降低溫升這個我在《硬件電路詳解要點》中已經初步介紹過，主要的手段就是加入同步續(xù)流的概念，那么，在軟件中什么時候開始開啟同步續(xù)流開關呢？在電流小的時候，電機線圈中的感應電流并不大，所以沒必要開啟；在PWM占空比達到100%時，由于沒有上橋的開關損耗，也沒必要開，或在PWM占空比接近100%時，下橋沒來得及開就被關閉，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，PWM占空比≤95%時開啟同步整流，由于硬件電路設計得比較完善，在軟件中，開啟同步續(xù)流只需將RB1置為低電平即可。
關于電流的另一點：過流保護，當有MOSFET擊穿或
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