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無刷直流電動機軟件設計

作者:卡卡  来源:www.51juicy.cn  更新时间:2020-03-30 12:04:43  点击次数:

  無刷直流電動機軟件設計

  4.1 直流無刷電機控制器程序的设计概况

  该程序在设计的过程中, 首先要上电复位, 然后初始化时钟和中断源, 再打开中断, 当检测到转把的输人电压时, 将该电压经A/D转换后按算法计算出PWM的占空比输出PWM波。随后采样位置传感器产生霍尔信号, 将该信号的状态与电机固定的相位序列进行比较, 判断电机的相位是否正确。若正确, 输出波PWM, 否则, 重新复位。欠压检测是根据需要设定欠压值, 然后采样当前电源电压, 若电压低于设定值,则关闭输出, 相反, 则进行限流保护检测。限流保护检测是把电压传感器康铜丝上的电压经放大、A/D转换后与设定的电流限定值进行比较, 若高于最高限定值, 则关闭输出, 反之, 则正常运行。在运行的过程中应时刻检测是否有刹车信号输人, 若有刹车信号输人, 则关闭输出。

  4.2 系统各部分功能在软件中的实现

  1 驱动控制

  驱动控制通过查表实现霍尔元件状态到输出状态的转换。直流無刷電機的3个霍尔元件组合起来有8种状态, 其中6种是有效的, 对应1个输出的状态。这6个状态对应没有明显的简单数量关系, 所以要实现映射, 查表是最快捷的方式。若电机需要反转, 只需增加一个反转状态表即可。正反转驱动只在于电流换相顺序的不同, 反映到程序中仅在查表处有区别, 所以正反转可共用一个驱动程序。

  2 启动

  理论上讲, 转子位置过磁场换相临界点时, 电流换相的速度越快越好。根据这一想法, 可以将霍尔信号的改变设置为中断, 从而转子的换相可以得到立即响应。但是在电动自行车控制场合,这样的想法是没有必要的。电动自行车直流無刷電機的转速相对来说很低。设电动自行车运行在最高速20km/s(这是国家法律规定的速度限制), 而其使用的小径轮胎0.6m, 则霍尔信号改变的时间为0.244s。这个时间远远大于单片机主程序循环一周需要的时间(约0.001s), 所以将霍尔元件信号状态的检测工作放在主程序中即可。这样做的好处是可以减小中断程序的执行时间, 程序运行更加流畅。

  3 PWM中断时间控制

  中断时间的控制与定时器时间控制相似。定时器在每个时间周期增加1。它在计数满后复位到00h重新开始, 同时产生一个中断信号。若想控制定时器定时时间, 可以在其中断程序里面将定时器置数, 定时器便从这个数开始计数直到溢出。这样定时时间可以由这个写入定时器寄存器的数值控制。须注意对有的定时器计数值寄存器写的时候, 会把预分频值清除, 因此必须在写计数值的同时重新写预分频值控制字。

  PWM中断的发生与定时器不同的是:它的发生不是由于定时器溢出, 而是由于定时器TIMER2与PWM周期寄存器PR2值相等。因此, 要在中断程序中控制下次PWM中断的时间有两个方法:一是改变PR2值, 一是对TIMER2置数, 改变其初始值。值得注意的是:改变TIMER2会连带将其预分频值改变为默认值, 因此需要同时修改预分频值才能达到预想的效果。

  4 刹车控制

  刹车控制在主程序里面, 主程序时刻检测刹车信号, 当有刹车信号, 关断波的输出若没有刹车信号, 根据转把输入的电压, 控制波的输出。

  5 电源电压检测

  电压检测也是在主程序里,电源电压由于受到负载的影响, 因此检测值需要结合电源负载电流情况来综合判断。

  6 PWM脉宽时间算法

  PWM周期和占空比計算公式爲:

  PWM周期=[(PR2)+l]*4*TOSC*(TMR2預分頻值),TOSC爲晶振周期:

  PWM占空比=(CCPRIL:CCPICON<5:4>)*TOSC*(TMR2預分頻值)。

  4.3  軟件流程圖

  系統軟件按順序掃描控制的模式編制。軟件定時器根據調速要求産生直流斬波電壓,采用中斷方式運行,改變斬波電壓只需在對應單元寫入控制值。三相位置輸入信號經簡單查表運算産生對應的輸出邏輯。刹車信號、過流信號和欠壓信號順次讀入,並進行相應處理。

軟件流程圖

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