基于C8051F320的無位置傳感器無刷直流電動機控制技術(shù)
趙君，劉衛(wèi)國，譚博，孫銀川
(西北工業(yè)大學，陜西西安710072)
摘要：介紹一種基于c8051 F320的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)的設計，系統(tǒng)采用反電勢過零檢測法確定轉(zhuǎn)子位置信息，完成r速度、電流的雙閉環(huán)控制。結(jié)合c805l320具有的多機9位uART通信模式，利用Labview 8. O實現(xiàn)了對多臺電機的測試與PI參數(shù)整定功能。樣機實驗表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，調(diào)速性能
良好。
關鍵詞：無刷直流電動機；無位置傳感器；c8051F320；Labvlew 8. 0
O引 言
隨著磁性材料、電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電動機的應用越來越廣泛。無刷直流電動機與直流電動機和交流異步電動機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速特性好、無換向器和效率高的特點。因為無刷直流電動機沒有換向器，需要采取一定措施獲取轉(zhuǎn)子位置信息。而獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法通常有兩種，一種是采用傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置，這種方法簡單易行，但傳感器易受環(huán)境影響，在高溫等環(huán)境下，性能會不穩(wěn)定，甚至失效，同時連接線較多。另一種是利用測量得到的電流、電壓、電機的基本方程、觀測器和電機的反電勢等獲得轉(zhuǎn)子位置信息。
在第二種方法中，利用反電勢過零點獲得轉(zhuǎn)子位置信息的“反電勢法”簡單可行，文中利用該方法設計了一種用于牙鉆機的無位置傳感器無刷直流電動機(簡稱牙鉆電機)控制系統(tǒng)，并結(jié)合Labview 8. O完成對系統(tǒng)的測試及參數(shù)整定。
1反電勢過零檢測
反電勢過零檢測法是目前技術(shù)最成熟，實現(xiàn)******，應用****泛的轉(zhuǎn)子位置檢測方法。文獻[1]指出在方波無刷直流電動機中，繞組反電勢是正負交變的梯形波，當某相繞組的反電勢過零時，轉(zhuǎn)子直軸與該相繞組軸線重合。由圖1可知，只要檢測到各反電勢的過零點，延遲30o電角度，就可獲得對應的換相時刻，這就是反電勢法檢測無刷直流電動機轉(zhuǎn)子位置換相工作原理。
本系統(tǒng)牙鉆電機本體已將中線引出，所以利用位置檢測電路便可以獲得電機位置信號。圖2為電機A相繞組位置檢測電路，其余兩相與A相同。
由于采用PwM方式，A中往往含有高頻調(diào)制信號，影響電壓比較器的正常工作，因此需要采用濾波器對端電壓信號A進行濾波。圖2中濾波參數(shù)決定著最后得到的方波信號能否準確地反映轉(zhuǎn)子位置，所以設計時要格外注意。首先，保證濾波器的相移盡量小，圖2中采用的濾波電路相移很小，對檢測到信號影響也較��；其次，因元器件存在一定的誤差，在選用R、c元件時，應保證三相對應的電阻和電容值差別很小，否則會引起三相濾波器的移相角不一致，從而對電機運行性能帶來不利影響。
2控制原理
系統(tǒng)由電流反饋控制環(huán)及速度反饋控制環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)。電機轉(zhuǎn)速通過單片機檢測位置檢測電路獲得的轉(zhuǎn)子位置信息日HA、HB、HC計算得到，系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)均由單片機根據(jù)速度給定值與反饋值比較運算得到電流給定值，實際為對應的電機給定電壓值。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，對速度控制器的輸出電流給定值與經(jīng)采樣電阻采樣后送A／D轉(zhuǎn)換得到的電流值，通過適當?shù)腜I算法，給出對應的PwM信號，實現(xiàn)電機調(diào)速。電機的轉(zhuǎn)向控制由給定信號經(jīng)單片機處理后控制對應開關管導通順序，完成正反轉(zhuǎn)功能。由于將M0sFET的實際電流采樣情況送到單片機，當三相橋的運行電流超過給定值時，單片機可以靈活地進行保護控制。
系統(tǒng)選用c8051F320作為控制核心。該處理器是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(soc)，具有與8051兼容的高速cIP-5l內(nèi)核(運算速度高達25MIPs)。擁有豐富的片內(nèi)外資源，其上集成有A／D，可編程增益放大器；電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SM Bus／12c、usB、uART、PcA及看門狗等。這些外設的高度集成，為設計小體積、低功耗、高性能的系統(tǒng)提供了極大的方便，同時可以大大降低系統(tǒng)整體成本。系統(tǒng)原理圖如圖3所示。
對于無位置傳感器無刷直流電動機而言，在電機靜止或轉(zhuǎn)速很低的情況下，位置檢測電路無法通過檢測反電勢過零點準確獲得轉(zhuǎn)子位置信息，因此需要采用一定的起動方法使電機運轉(zhuǎn)到可以穩(wěn)定獲得反電勢過零點的速度。由于牙鉆電機轉(zhuǎn)子慣量小，同時考慮成本及復雜程度，本系統(tǒng)采用一種開環(huán)起動技術(shù)完成 |
