直流無刷電機控制系統(tǒng)的設(shè)計
引言
傳統(tǒng)的直流電機以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)速性能在運動系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用,但機械電刷卻是它致命的弱點。電刷的存在帶來了一系列的問題,如機械摩擦、噪聲、電火花無線干擾,再加上壽命短、制造成本高及維修困難等缺點,從而大大限制了它的應(yīng)用范圍。直流無刷電動機是利用電子換向裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向(電刷和換向器)的一種電動機,既保持了有刷電機的優(yōu)良特性,又避免了電刷和換向器帶來的缺陷。本文以32位ARM Cortex-M3內(nèi)核的高性能微處理器LPC1766為核心,設(shè)計了直流無刷電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路簡單,軟硬件開發(fā)方便,具有較高的性價比。
1 LPC1766簡介
微控制器采用LPC1700系列ARM芯片LPC1766。LPC1766微控制器是整個控制系統(tǒng)的核心,它是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的微控制器,是為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計的高性能、低功耗的32位微處理器。其操作頻率高達120 MHz,采用3級流水線和哈佛結(jié)構(gòu),帶獨立的本地指令和數(shù)據(jù)總線以及用于外設(shè)的低性能的第3條總線,使得代碼執(zhí)行速度高達1.25 MIPS/MHz,并包含1個支持隨機跳轉(zhuǎn)的內(nèi)部預(yù)取指單元。
2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
無刷直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中,由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩均和電機電流有關(guān),控制電機電流可以保證系統(tǒng)響應(yīng)快速性,故本系統(tǒng)設(shè)計為無刷電機的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。
根據(jù)系統(tǒng)的控制框圖和實際需要,設(shè)計的直流無刷電機控制系統(tǒng)主要由整流電路、智能功率模塊(Intelligent Power Module,IPM)、電壓和電流檢測與保護電路、驅(qū)動電路、直流無刷電機位置信號檢測環(huán)節(jié)以及控制電路和其外圍電路組成,如圖2所示。
當系統(tǒng)處在運行狀態(tài)時,通過外部鍵盤向控制器發(fā)送運行指令,并且載入運行參數(shù)。根據(jù)外部檢測到的電機的位置信號以及電機所處的運行狀態(tài)來改變控制器輸出的控制信號,從而調(diào)整電機的運行狀態(tài)。整流電路將220 V交流電變換為智能功率模塊所需的直流電。智能IPM模塊將整流電路整流輸出的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姽┙o電機。電壓檢測環(huán)節(jié)主要是實現(xiàn)電機運行時的保護。電流檢測環(huán)節(jié)主要是實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制和過流保護,從外部檢測到的電流信號經(jīng)過采樣后,送到控制單元,控制單元根據(jù)檢測電流的大小來調(diào)整電流調(diào)節(jié)器的輸出,當出現(xiàn)過流故障時,電流檢測電路會向CPU發(fā)送一個過流信號。下面具體介紹系統(tǒng)硬件的一些主要模塊的設(shè)計。
評論