無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

b.換向調(diào)速電路

無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法兩類。由于前者所受的各類限制較多，且勵(lì)磁線圈電感較大動態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的是改變電樞端電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電樞電壓控制法。設(shè)直流電源電壓為Ud，為電樞串聯(lián)一個(gè)電阻R并接到電源Ud，則電樞兩端的電壓Ua為Ua=Ud-IaR，顯然調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓從而達(dá)到調(diào)速目的。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率較低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。PWM脈寬調(diào)制就是其中之一。其基本原理如圖2所示。

設(shè)加在電機(jī)電樞兩端的矩形波的幅值電壓為Ud 則電機(jī)電樞兩端電壓的平均值為

Ua=(T1-T2)Ud/(T1+T2)=(2T1/T2-1)Ud=(2α-1)Ud

其中α為占空比，通過改變α的值可達(dá)到調(diào)壓的目的。由于0 ≤α≤1, Ua值的范圍是-Ud～+Ud,因而電機(jī)可以在正、反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過單片機(jī)可采樣電動自行車手柄上可調(diào)電阻的電壓，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到PWM寄存器，從而控制單片機(jī)的PB1腳，輸出占空比可調(diào)的PWM 信號。該信號和來自限流電路LM358比較器的輸出信號一起通過軟件比較，在限流電路不工作的情況下輸出PWM信號，以配合軟件控制的PB0、PD5和PD6引腳來驅(qū)動相應(yīng)的光耦，進(jìn)而控制MOSFET全橋電路換相導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向。因此,通過調(diào)節(jié)單片機(jī)PWM信號的占空比,最終可改變加在電動機(jī)定子繞組上的電壓,從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。

4 系統(tǒng)軟件控制

ATmega8在軟件上能有效支持C語言及匯編語言。C語言目前已成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言，它既有普通高級語言結(jié)構(gòu)化編程、可讀性好、維護(hù)方便的特點(diǎn)，又具有匯編等低級語言對硬件訪問方便、代碼效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是用C語言編程實(shí)現(xiàn)的，具有很好的可移植性。其程序流程圖如圖4所示。

5 結(jié)束語

用本方案設(shè)計(jì)的電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中獲得了良好的動、靜態(tài)特性。高性價(jià)比ATmega8單片機(jī)的運(yùn)用大大降低了成本，提高了軟件設(shè)計(jì)靈活性，豐富了硬件接口功能，為今后系統(tǒng)升級創(chuàng)造了良好條件。