基于Cortex-M3內(nèi)核MCU的BLDCM控制器研究
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電機內(nèi)部的三個霍爾元件在空間彼此相隔120°電角度，與其配套的永磁體的極弧寬為180°，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件將交替輸出三個寬為180°、相位互差120°的矩形波信號(H1，H2，H3)。這三路信號經(jīng)過進一步整形(圖3為三相霍爾脈沖信號的整形電路)后被MCU的CAP端口捕捉，捕捉信息一方面作為換相邏輯參與生成并輸出PWM信號，另一方面速度計算模塊利用其中一路脈沖(如H1，應(yīng)注意電機極對數(shù)為P時，每轉(zhuǎn)有P個方波)的前后沿時間間隔計算得到轉(zhuǎn)速反饋值。控制器將轉(zhuǎn)速反饋值送至LCD顯示的同時將其與轉(zhuǎn)速設(shè)定值比較并獲得轉(zhuǎn)速偏差，再經(jīng)ASR運算得到電流給定值，電流反饋值與電流給定值相比較便得到電流偏差值，再經(jīng)ACR運算得到PWM占空比調(diào)節(jié)值。PWM模塊根據(jù)所得占空比值和換相邏輯在母線電流未超限時輸出PWM并通過高速光耦TIL117送給驅(qū)動電路IR2130。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161143.htm
考慮到可靠性，MOSFET逆變橋驅(qū)動電路采用集成器件IR2130。IR2130自身的工作電源電壓的范圍較寬(3～20 V)，并可對同一橋臂上下2個功率器件的柵極驅(qū)動信號產(chǎn)生2μs的互鎖延時，能有效避免直通短路。
2．2 控制算法選擇及檢測處理方法
由LM3S615構(gòu)建的控制器采用了電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)的雙閉環(huán)控制策略?？紤]BLDCM是一種自控式電機，MCU運算能力不比DSP，同時包括電機在內(nèi)的全系統(tǒng)運行性能也受電機自身性能影響，所以ASR和ACR無需采用過于復(fù)雜的算法，這里兩者均采用增量式PI算法，與位置式PI算法相比增量式PI算法不需要累加，控制器只輸出增量，受誤動作影響較小，控制增量僅與最近K次的采樣值有關(guān)，容易通過加權(quán)處理而獲得較好的控制效果。PI參數(shù)整定時可先固定積分環(huán)節(jié)為零，調(diào)節(jié)比例環(huán)節(jié)至系統(tǒng)響應(yīng)穩(wěn)定，然后再調(diào)節(jié)積分環(huán)節(jié)來改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)穩(wěn)定性能。
圖3中三路霍爾信號經(jīng)高速光耦隔離后再通過上拉電阻、非門、電容整形濾波后送至單片機，TIL117輸入回路有一定輸入電流需求，不能用霍爾信號直接驅(qū)動，光耦輸出接反相器后恢復(fù)了原信號的邏輯狀態(tài)。
對BLDCM母線電流的檢測方法有傳感器法和串電阻法等，用霍爾等傳感器檢測電流時線路相對復(fù)雜、成本較高，在被檢電流較小時檢測精度會受影響，母線串電阻法簡單，但應(yīng)注意控制電阻功耗。這里通過串電阻法檢測母線電流，為降低電阻功耗并保證檢測精度，選擇了美國威世公司0．47 Ω檢流用高精度小電阻，預(yù)計功耗不超過0．1 W。用導(dǎo)線從檢流電阻兩端引出，經(jīng)濾波后接入圖4所示電路，該電路是利用TI公司的寬帶低噪音運放OPA842ID搭建的高輸入阻抗差動放大電路，它能有效放大兩路輸入信號差值。差動電路輸出送至MCU的ADC1通道進行10位A／D轉(zhuǎn)換，圖4為檢流差動放大電路。
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