【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 第 12 頁 共 39 頁 7. 非線性控 制 PWM 8. 諧振軟開關(guān) PWM 四、無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）基本原理 本 系統(tǒng) 以 AT89C51 單片機(jī)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(dá)到 控制無刷 直流電機(jī)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(jī)進(jìn)行控制，通過對占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的 。 如果采用軟件換相，單片機(jī)要不斷地執(zhí)行換相操作，才能使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下去，同時(shí)還要監(jiān)控用戶界面，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向操作，因此負(fù)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 第 13 頁 共 39 頁 五 . 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) （一）無刷直流電機(jī)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(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM)和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM)，期間采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51單片機(jī)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(chǔ)器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz—— 24MHz 三級加密程序存儲(chǔ)器 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程呢個(gè) I/O 口線 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 5 個(gè)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(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， 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(shí) /計(jì)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(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51 引腳圖如圖 10： 第 14 頁 共 39 頁 圖 10 AT89C51 引腳圖 （三）單片機(jī)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(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的操作，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 12所示 : 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(dòng) /制動(dòng) 0XA0 S2 ▲ 0X90 啟動(dòng) /制動(dòng) ▲ 正反轉(zhuǎn) ? ▼ ? 第 15 頁 共 39 頁 S3 正反轉(zhuǎn) 0X88 S4 ? 0X60 S5 ▼ 0X50 S6 ? 0X48 各鍵詳細(xì)功能如下： S1：啟動(dòng)系統(tǒng)。單片機(jī)上電初始化后 ，首先掃描鍵盤，若 S1 被按下，則啟動(dòng)系統(tǒng)，否則將一直掃描鍵盤，此時(shí)其他鍵沒有任何功能。 S4 和 S6：系統(tǒng)運(yùn)行期間，若按下 S4或 S6，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)速狀態(tài)，此時(shí) 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(dòng)確認(rèn)當(dāng)前輸入值，通過調(diào)速達(dá)到設(shè)定值。 S2 和 S5：通過按 S4 或 S6，當(dāng)前位閃爍，此時(shí)通過 S2和 S5 可對當(dāng)前位進(jìn)行 +1/1，若 5S 內(nèi)沒有操作，系統(tǒng)自動(dòng)確認(rèn)當(dāng)前輸入值。 S3：正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)機(jī)的反轉(zhuǎn)。 （四） 單片機(jī)與顯示數(shù)碼管接口 圖 13 單片機(jī)與數(shù)碼管顯示電路接口 整個(gè)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 位選接 —— 口 第 16 頁 共 39 頁 發(fā)光二極管 兩個(gè)二極管一個(gè)代表正轉(zhuǎn)一個(gè)代表反轉(zhuǎn) （五）逆變器與驅(qū)動(dòng)電路接口 圖 14 逆變器與驅(qū)動(dòng)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(jī)換相專用芯片 LM621 控制功率管的導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，LM621 的特點(diǎn)： 三相和思想無刷直流電動(dòng)機(jī)兼容 雙極性驅(qū)動(dòng)三相三角形聯(lián)結(jié)或星形聯(lián)結(jié)繞組 單極性驅(qū)動(dòng)三相有中心抽頭的星形聯(lián)結(jié)繞組 三相電動(dòng)機(jī)位置傳感器空間間距 30176?；?60176。 四 相電動(dòng)機(jī)位置傳感器空間間距 90176。 輸出端直接驅(qū)動(dòng)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(shí)間及其時(shí)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。 第 17 頁 共 39 頁 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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)向 引腳 3（ DEADTIME ENABLE):死區(qū)時(shí)間使能端?？刂扑绤^(qū)功能，高電平有效。 引腳 4（ CLOCK TIMING):時(shí)鐘定時(shí)端。該端外接定時(shí)電容和電阻至地，設(shè)定時(shí)鐘振蕩周期， 決定死區(qū)時(shí)間。 引腳 7（ HS HS HS3）：霍爾位置傳感器輸入端。 引腳 8（ 30/60SELECT):30/60選擇端。三相電動(dòng)機(jī)傳感器空間間距 30176。時(shí)，該端施加高電平； 60176。時(shí)，施加零電平。 引腳 9（ LOGIC GROUND):邏輯地。 引腳 10（ POWER GROUND):功率地。 引腳 1 1 13（ CURRENT SOURCE OUT)：灌電流輸出端。、 引腳 1 1 16（ CURRENT SINK OUT):抽電流輸出端。 第 18 頁 共 39 頁 引腳 17（ OUTPUT INHIBIT)：輸出禁止端。對該引腳施加高電平時(shí)，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 ： 第 19 頁 共 39 頁 （六）限流電路 圖 17 限流電路 從圖 17可知，主回路中通過電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(yùn)算放大器的兩個(gè)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(yùn)算放大器輸出為低電平，通過非門變?yōu)楦唠娖捷斎氲?LM621 的引腳 17，使輸出關(guān)斷，從而階段了直流無刷電動(dòng)機(jī)釘子繞組的所有電流通路，迫使電動(dòng)機(jī)電流下降，一旦電流下降到時(shí) Uf小于 U0,則 LM324 運(yùn)算放大器輸出回到高電平，通過非門變?yōu)榈?第 20 頁 共 39 頁 電平，接 LM621 的 17腳， LM621 正常工作。 六、軟件部分 本系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)志位 tag（啟動(dòng)標(biāo)志位， 0 代表運(yùn)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(gè)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： 1