基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 功率變換電路

本文采用的是四相8/6極磁阻電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)控制的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，功率電路采用H型的功率電路，如圖3所示。A，B，C，D為SR電機(jī)的四相繞組，VD1～VD4為續(xù)流二極管，AB，CB，CD，AD兩相同時(shí)導(dǎo)通，循環(huán)導(dǎo)通工作。若V1，V3同時(shí)導(dǎo)通，則A，B相通電。若V1關(guān)斷，V2閉合，則A相關(guān)斷，C相開(kāi)始導(dǎo)通，此時(shí)，A相繞組將通過(guò)二極管VD1續(xù)流，C相繞組也將構(gòu)成回路，使B相電流增大，中性點(diǎn)電位必然增高，促使A相續(xù)流迅速衰減，強(qiáng)行換相。緊接著關(guān)斷V1，開(kāi)通V4，則C，D相導(dǎo)通，依次循環(huán)導(dǎo)通，電機(jī)就連續(xù)工作起來(lái)。其*率開(kāi)關(guān)用PWM控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)進(jìn)行控制其通斷。

圖3 功率電路原理圖

2.3控制電路結(jié)構(gòu)

控制電路部分主要包括80C196單片機(jī)，角度位置檢測(cè)電路，顯示鍵盤(pán)電路以及接口電路。在控制電路中，單片機(jī)是核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、處理數(shù)據(jù)。角度位置檢測(cè)電路通過(guò)光電傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并將位置信號(hào)處理好后送給功率變換器和顯示電路部分顯示系統(tǒng)信息。8279接口電路負(fù)責(zé)CPU和顯示鍵盤(pán)部分的信息交換。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，用戶通過(guò)鍵盤(pán)給定轉(zhuǎn)速，單片機(jī)接收到轉(zhuǎn)速指令后通過(guò)與實(shí)際測(cè)的速度相比較，通過(guò)內(nèi)部設(shè)定的控制算法輸出一個(gè)占空比可調(diào)的PWM信號(hào)，這個(gè)PWM信號(hào)使得在SR電機(jī)的相繞組兩端電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

3 SRD系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由單片機(jī)處理軟件和PC上位機(jī)控制軟件組成。

3.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制軟件以控制系統(tǒng)硬件為依托。完成對(duì)位置信號(hào)，輸入給定信號(hào)及當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，進(jìn)行判斷和計(jì)算，輸出合適的電流控制與換相控制信號(hào)。它由前臺(tái)程序和后臺(tái)程序組成，如圖4所示。其中后臺(tái)程序包括初始化程序，鍵盤(pán)掃描程序，調(diào)速控制程序，顯示程序，閑時(shí)循環(huán)程序。前臺(tái)程序由四個(gè)中斷程序組成，它們位置中斷程序、軟件定時(shí)器中斷，外部中斷及串行口中斷程序。

圖4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制程序流程

初始化程序完成有關(guān)單元初始化，選擇外部接口的工作方式，CPU各部分功能部件初始化，開(kāi)啟中斷等，使整個(gè)系統(tǒng)處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)。鍵盤(pán)掃描程序檢查鍵盤(pán)的輸入情況，并進(jìn)行相應(yīng)的軟件去抖動(dòng)處理，當(dāng)確實(shí)有鍵按下時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的判斷，如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)。調(diào)速控制程序根據(jù)給定速度，并根據(jù)電機(jī)的狀態(tài)完成電機(jī)的啟動(dòng)與制動(dòng)，當(dāng)在運(yùn)行時(shí)根據(jù)速度的偏差輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)。顯示程序主要完成電機(jī)在面板控制方式下的信息顯示。電機(jī)啟動(dòng)前閃爍顯示給定轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)后給定實(shí)際轉(zhuǎn)速，運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)故障，則顯示故障性質(zhì)代碼。閑時(shí)循環(huán)程序由電源檢測(cè)程序、硬件故障檢測(cè)、故障處理及對(duì)上位機(jī)的命令分析程序組成。

位置中斷程序即兩個(gè)位置傳感器輸出的方波信號(hào)的上升沿和下降沿均引起中斷，即電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)15°就產(chǎn)生依次中斷。該程序主要完成運(yùn)行速度檢測(cè)、換相控制以及運(yùn)行模式的切換。定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)主循環(huán)定時(shí)，電流采樣，電流斬波等功能。而外部中斷程序則實(shí)現(xiàn)外部鍵盤(pán)輸入功能。串行口中斷則是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的通信。

系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：當(dāng)單片機(jī)接到啟動(dòng)命令時(shí)，，在檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)一切正常的情況下，根據(jù)位置傳感器所提供的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，按啟動(dòng)邏輯給出相應(yīng)的輸出信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)功率變換器向電機(jī)繞組供電，使電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)，控制電路根據(jù)位置傳感器信號(hào)的變化通過(guò)功率變換器使電動(dòng)機(jī)通電相位改變。運(yùn)行時(shí)，根據(jù)給定速度與實(shí)際速度之間的誤差輸出占空比可以調(diào)節(jié)的PWM控制信號(hào)。當(dāng)操作命令改變時(shí)，如反轉(zhuǎn)，停車(chē)，制動(dòng)時(shí)，控制電路再次改變工作邏輯，通過(guò)功率變換器使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)操作要求。若在運(yùn)行中出現(xiàn)故障情況，控制電路將通過(guò)關(guān)斷功率變換器實(shí)現(xiàn)保護(hù)，并且通過(guò)顯示電路顯示故障代碼。