基于MC9S12X128無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2 PWM波形生成
PWM調(diào)制是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù),尤其應(yīng)用在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方面。使用PWM調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,電機(jī)電樞電流的脈動(dòng)量小,容易連續(xù)且調(diào)速范圍寬。PWM信號(hào)的產(chǎn)生有多種方法,可以用555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)的電路產(chǎn)生,也可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行軟件編程產(chǎn)生??紤]到成本和電路設(shè)計(jì)的需要,文中的PWM信號(hào)用軟件的方法獲得。MC9S12x128有8個(gè)PWM輸出通道,每個(gè)通道都可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的左對(duì)齊或居中對(duì)齊輸出,波形翻轉(zhuǎn)可控制,時(shí)鐘可選擇的頻率范圍寬,可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中只使用PWM0~PWM2這3個(gè)通道,設(shè)置PWM輸出的起始電平為高,對(duì)齊方式為左對(duì)齊,總線時(shí)鐘設(shè)置為24 MHz。輸出的PWM信號(hào)給上橋臂的功率MOSFET管,而下橋臂的功率管采用常開或常閉方式控制。PWM波形生成程序流程,如圖7所示。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
為測(cè)試文中設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的效果,根據(jù)文中的設(shè)計(jì)方案,按照系統(tǒng)電路各部分電路選擇合適的電子元件,搭建了硬件電路。電路中MOSFET選擇的是IR公司的IRFR5305和IRFR1205。實(shí)驗(yàn)用的電機(jī)選擇的是新西達(dá)2210(KV1000)外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)。輸出的PWM頻率為32 kHz。無(wú)刷直流電機(jī)在占空比為50%時(shí),A、B、C三相端電壓波形如圖8所示;無(wú)刷直流電機(jī)某相反相感生電動(dòng)勢(shì)波形如圖9所示。
通過(guò)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行測(cè)試、觀察,整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快,運(yùn)行平穩(wěn),測(cè)試期間無(wú)故障發(fā)生。但是,從圖9中可以看出,反相感生電動(dòng)勢(shì)波形的頂部有彎曲,說(shuō)明電機(jī)出現(xiàn)過(guò)早換向的現(xiàn)象,此時(shí)無(wú)刷直流電機(jī)會(huì)發(fā)生輕微震動(dòng),這種情況是由于無(wú)刷電機(jī)的磁隙較大造成的。對(duì)從硬盤拆解下磁隙較小的無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)硬盤無(wú)刷電機(jī)的反相感生電動(dòng)勢(shì)波形的頂部沒有彎曲。這說(shuō)明無(wú)刷電機(jī)磁隙對(duì)反相感生電動(dòng)勢(shì)有一定的影響。
5 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理,設(shè)計(jì)了一種直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng),文中給出了主要電路的設(shè)計(jì)原理圖。硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì),方便系統(tǒng)維護(hù),而且在實(shí)際應(yīng)用中還可以根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展其他功能。該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)成本低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),能夠滿足對(duì)精度和成本的要求。后續(xù)研究工作將集中在基于電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的直流無(wú)刷電機(jī)雙閉環(huán)控制及直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)上,以獲得更好的動(dòng)態(tài)控制性能和穩(wěn)定性能。
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評(píng)論