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永磁無刷直流電機(jī)數(shù)字式控制器

作者: 時(shí)間:2012-03-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

一、概述

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171864.htm

無刷(PM-),由于其固有的許多特點(diǎn),再加上我國(guó)稀土資源豐富,被眾多專家認(rèn)為是21世紀(jì)的新型換代產(chǎn)品。隨著半導(dǎo)體集成電路,電力電子器件,控制原理和稀土材料工業(yè)的發(fā)展,可以預(yù)見這種產(chǎn)品必然會(huì)逐步取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的交流電動(dòng)機(jī)加變頻調(diào)速器的模式。

目前見到的文獻(xiàn)中,一般都采用Motorola公司的MC33035,MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的 PWM芯片如 SG3524,TL494等。采用這些ASIC芯片,雖然能實(shí)現(xiàn)的無線調(diào)速,但還存在一些問題,如無法與計(jì)算機(jī)直接接口,許多較為復(fù)雜的控制算法無法在不增加硬件成本的情況下實(shí)現(xiàn),的為機(jī)界面不理想??偟闹v,的智能化程度不高。雖然采用通用PWM芯片來實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級(jí)調(diào)速的方案成本較低,但當(dāng)控制器針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合增加各種附加功能時(shí),其靈活性不夠,而且反而增加硬件的成本。

在電動(dòng)自動(dòng)車的控制器的設(shè)計(jì)中,如采用上面?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方案,無論是電流環(huán)還是速度環(huán),其控制特性都不盡為意。對(duì)速度環(huán),突然堵轉(zhuǎn)會(huì)引起功率器件的損壞,電流環(huán)時(shí),當(dāng)對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量時(shí),又會(huì)增加額外的硬件開銷。我們?cè)陔妱?dòng)自行車控制器中,采用嵌入式單片機(jī)C504,對(duì)PM- Motor進(jìn)行速度和電流的雙環(huán)控制,滿足了電動(dòng)車特性的要求。

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二、PM-數(shù)字控制器方案

PM-BLDC控制器的框圖如圖1所示。

其中的核心部件是Infineon的嵌入式單片機(jī)C504。選擇C504的理由是:在C504內(nèi)部有能產(chǎn)生三相PWM波的CCU單元。當(dāng)對(duì)CCU的 SFR設(shè)置為Block Communication Mode時(shí),CCU單元能根據(jù)三個(gè)中斷的信號(hào)的相位,自動(dòng)產(chǎn)生適合PM-BLDC Motor 1200導(dǎo)通模式的6相PWM斬波信號(hào)而無需增加軟件開鎖。這時(shí)要求把三個(gè)相差1200電角度的HALL與C504的INT0,INT1,INT2直接連接。

另外,C504具有高抗干擾性,能在惡劣的電磁環(huán)境下正常工作。C504易開發(fā),與國(guó)內(nèi)普遍使用的MCS-51系列單片機(jī)完全兼容和可接受的價(jià)格[1]。

從該控制器原理圖可以看出,PM-BLDC的速度可以直接用數(shù)字進(jìn)行預(yù)置或通過軟件進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)不同的控制算法以滿足各種應(yīng)用要求。

結(jié)語

控制器對(duì)PM-BLDC的控制電動(dòng)自動(dòng)車上取得了滿意的效果。

在電動(dòng)自動(dòng)車控制器的設(shè)計(jì)中,有一個(gè)緩啟動(dòng)的問題保有數(shù)字方法才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用戶啟動(dòng)時(shí),一般把油門信號(hào)開到最大,這對(duì)電機(jī)和控制的壽命極為不利。在我們的采用C504的控制器中,很好地解決了這一問題,而且實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)。

可以看出,只要MCU具有現(xiàn)場(chǎng)可編程的功能(ISP Function),可以在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)只改變軟件而無須重新調(diào)整硬件就能實(shí)現(xiàn)各種控制方案,這為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供了極大的方便性。

目前,我們用這種方案實(shí)現(xiàn)了一套張力控制系統(tǒng),采用了Infineon提供的C504 MCU,大功率MOSFET(CoolMOS),高壓IGBT和SFH系列高速光耦,取代了傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī),變頻調(diào)速器及張力控制器,具有一定的先進(jìn)性和價(jià)格優(yōu)勢(shì),有推廣應(yīng)用的前景。

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