基于MC9S12X128無刷直流電機控制系統(tǒng)設計

3．2 PWM波形生成
PWM調(diào)制是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其應用在電機轉(zhuǎn)速控制方面。使用PWM調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，電機電樞電流的脈動量小，容易連續(xù)且調(diào)速范圍寬。PWM信號的產(chǎn)生有多種方法，可以用555定時器組成的占空比可調(diào)的電路產(chǎn)生，也可以對單片機進行軟件編程產(chǎn)生?？紤]到成本和電路設計的需要，文中的PWM信號用軟件的方法獲得。MC9S12x128有8個PWM輸出通道，每個通道都可以通過編程實現(xiàn)PWM信號的左對齊或居中對齊輸出，波形翻轉(zhuǎn)可控制，時鐘可選擇的頻率范圍寬，可以根據(jù)實際需要進行設置。在設計的控制系統(tǒng)中只使用PWM0～PWM2這3個通道，設置PWM輸出的起始電平為高，對齊方式為左對齊，總線時鐘設置為24 MHz。輸出的PWM信號給上橋臂的功率MOSFET管，而下橋臂的功率管采用常開或常閉方式控制。PWM波形生成程序流程，如圖7所示。

4 實驗結果及分析
為測試文中設計的無刷直流電機控制系統(tǒng)在實際運行時的效果，根據(jù)文中的設計方案，按照系統(tǒng)電路各部分電路選擇合適的電子元件，搭建了硬件電路。電路中MOSFET選擇的是IR公司的IRFR5305和IRFR1205。實驗用的電機選擇的是新西達2210(KV1000)外轉(zhuǎn)子無刷電機。輸出的PWM頻率為32 kHz。無刷直流電機在占空比為50％時，A、B、C三相端電壓波形如圖8所示；無刷直流電機某相反相感生電動勢波形如圖9所示。

通過電機長時間運行測試、觀察，整個系統(tǒng)的響應速度很快，運行平穩(wěn)，測試期間無故障發(fā)生。但是，從圖9中可以看出，反相感生電動勢波形的頂部有彎曲，說明電機出現(xiàn)過早換向的現(xiàn)象，此時無刷直流電機會發(fā)生輕微震動，這種情況是由于無刷電機的磁隙較大造成的。對從硬盤拆解下磁隙較小的無刷電機進行測試，發(fā)現(xiàn)硬盤無刷電機的反相感生電動勢波形的頂部沒有彎曲。這說明無刷電機磁隙對反相感生電動勢有一定的影響。

5 結束語
根據(jù)直流無刷電機的控制原理，設計了一種直流無刷電機控制系統(tǒng)，文中給出了主要電路的設計原理圖。硬件電路采用模塊化設計，方便系統(tǒng)維護，而且在實際應用中還可以根據(jù)實際需要擴展其他功能。該系統(tǒng)具有實現(xiàn)成本低、穩(wěn)定性好等特點，能夠滿足對精度和成本的要求。后續(xù)研究工作將集中在基于電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的直流無刷電機雙閉環(huán)控制及直流無刷電機的轉(zhuǎn)矩脈動上，以獲得更好的動態(tài)控制性能和穩(wěn)定性能。