無邏輯換相器件的BLDCM穩速控制
張慶超，馬瑞卿
（西北工業大學自動化學院，西安710072）
摘要：針對一種小功率無刷直流電動機( BLDCM)，采用轉速閉環控制方法，充分利用C8051F320單片機( MCU)的I/O及外設功能，實現了無數字邏輯器件換相的單片機的BLDCM的穩速控制，并對這種控制方法中出現的問題及解決方法進行了詳細的分析。
關鍵詞：單片機；BLDCM；穩速
中圖分類號：TM36 +1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848(2010)07-0077-04
O引 言
通常實現無刷直流電動機( BLDCM)電子換相的方法一般有以下幾種：
② 用可編程的邏輯器件（如CPLD或GAL器件）；
②利用門電路搭建換相邏輯電路；
③利用專用控制芯片；
④利用DSP中的事件管理器模塊或****單片機中的專用控制模塊。
而可編程的邏輯器件或門電路會增加控制器結構復雜程度，專用控制芯片只能適用于有限的應用范圍，使用DSP或****單片機會增加控制器的成本。因此，設計一種利月普通單片機即可實現電子換相的結構簡潔、低成本無刷直流電動機控制器就具有其實際的應用意義，本文基于此思想設計了一種無數字邏輯器件換相的單片機穩速控制器，并對其軟硬件設計及試驗結果進行了詳細的分析。
l控制器硬件設計
1.1系統總體結構框圖
BLDCM無數字邏輯換相器件的穩速控制的主要思想是以普通單片機為控制核心，無需附加額外數字電路，完成電機的測速、換相、斬波及控制算法的實現，考慮到所用無刷直流電動機的功率及額定電壓都較小，故在系統中對控制電路與功率變換電路采用了非隔離的電氣連接方式，系統結構框圖如圖1所示。
圖l中，單片機選用C8051F320，其內核為51系列單片機，而驅動電路采用驅動芯片IR2130，功率變換器采用三相橋式逆變器，電機繞組采用星形連接方式，工作于兩相導通三相六狀態模式。直流母線過壓、欠壓保護利用電阻分壓網絡及C8051F320自帶的兩個比較器實現，過流保護通過采樣主功率電路負壓側串聯的小阻值電阻兩端電壓，經IR2130內部運放放大后送入其ITRIP引腳，當電壓大于內部0.5 V基準時，FAULT引腳變為低電平，以此作為輸入單片機的過流中斷指示信號，并由單片機軟件實現過流保護。
2軟件設計
2.1控制策略
控制器穩速控制采用轉速閉環控制策略，輔以過壓、欠壓、過流保護，為了使啟動時電流不至過大，在轉速進入閉環之前對電機采用軟起動，逐漸增加PWM波占空比，讓電機電壓與轉速平穩上升，最終進入轉速閉環程序，使電機穩定運行于系統給定的轉速之上[3]。
單片機主程序流程圖如圖2所示，軟起動程序流程圖如圖2虛線部分所示。
2.2轉速閉環
轉速閉環通過捕獲中斷服務子程序完成，其包括測速和PI算法兩部分，程序流程圖如圖3所示。
電機轉速的檢測是利用C8051F320中的捕捉模塊捕捉一相Hall信號的上升沿來觸發中斷，進入捕獲中斷服務子程序后，再用定時器對Hall信號兩個上升沿之間的時間計時，則電機轉速可由下式計算：
式中，n為電機計算轉速，p為極對數（本系統所用的永磁無刷直流電動機為6對極），ΔT為定時器測得兩個上升沿之間的時間。
PI控制算法：利用上式計算的結果作為PI算法每一拍所求的電機實際轉速反饋值，PI調節采用增量式PI算法，只需前盾兩拍的反饋值即可實現電機穩速控制，該方法簡單、可靠，在此不再祥述。
2.3編程關鍵問題及解決方法
(1) PWM波的產生
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