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1、基于DSPIC30F2010的24V无刷直流电机控制器的设计,张超 2011.12.18,演讲内容,一、DSPIC30F2010简介 二、无刷直流电机控制控制方式 三、硬件电路,一、DSPIC30F2010简介,Microchip公司的系列单片机有位单片机位单片机位单片机和超低功耗单片机。 其中位单片机又分低、中、高三档，对应的内部指令宽度分别为位（系列），位（系列），位（系列）。,系列,DSPIC数字控制器（DSC）即拥有16位闪存单片机功能强大的外围设备和快速中断处理能力的高性能，又兼有数字信号处理器（DSP）的计算能力和数据吞吐能力，融合了可管理高速计算活动的数字信号处理功能，指令执行速
2、度可达30，配备自编程闪存，并能在工业级温度（）和扩展级温度（）范围内工作。,DSPIC30F2010基本配置,ROM 12KB RAM 512B EEPROM 1024B 3个16位定时器 4路输入捕捉 2两路输出比较PWM 6路电机控制PWM 6路10位AD采样 1个UART串行通信口 1个SPI串行接口 1个I2C接口 84条指令（大多数指令位单字/单指令周期） 24位宽指令，16位宽数据指令,DSPIC30F系列单片机开发环境,应用最广的编程软件是MPLAB IDE.,MAPLAB开发界面,单片机的开发离不开硬件平台的支持，不同的单片机可能需要不同的开发环境设备来支持，PIC单片机也可
3、以用PROTEUS软件建立模拟实验平台，对程序进行调试。,二、无数直流电机控制方式,三相桥式驱动电路,无刷直流电机导通方式,从图中可以看出，三相全控桥式电路的导通方式包括二二导通方式和三三导通方式。二二导通方式就是两相导通星形三相六状态方式，是指在每个瞬间都有两个开关管同时导通，每60电角度换相一次，每次换相一个开关管，桥臂之间的开关管每隔120电角度左右换相。表1列出了各个开关管的导通顺序，为V6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6V6V1。例如当A、C两相导通时，开关管V1和V2导通，电流依次流过的路径为电源正极开关管V1A相绕组C相绕组开关管V2电源负极。电机顺时针转过60电角度
4、后开始换相，此时V1关断，V3导通，导通相为B、C两相，电流依次流过的路径为电源正极开关管V3B相绕组C相绕组开关管V2电源负极。之后电机每转过60电角度，换向一个开关管。可见，在这种工作方式下，每周期内共有六个导通状态，每隔60电角度工作状态改变一次，每个状态都有两个开关管同时导通，每个开关管导通120电角度，每相导通240电角度，正负向各导通120电角度。,三三导通方式下每个时刻有三个开关管同时导通，也是每60电角度换相一次，每次换相一个开关管，同一桥臂上下之间的开关管每180电角度换相一次，各开关管的导通顺序为V6V1V2V1V2V3V2V3V4V3V4V5V4V5V6V5V6V1V6V
5、1V2。假设V6V1V2导通，电流流过的路径为电源正极开关管V1A相绕组B相和C相(流入的电流均为流过A相电流的一半)开关管V6和V2电源负极。随着转过60电角度，变为V1V2V3导通(先关断V6，后导通V3)，电流此时流过的路径变为电源正极开关管V1和V3A相和B相C相开关管V2电源负极。其余依此类推。由此可知，三三导通方式也有六个导通状态，也为每隔60电角度换向一次，但每个开关管导通180电角度。,通过对两种导通方式进行比较可知：二二导通方式下，任一开关管都有60电角度的不导通时间，因此不可能发生直通短路的故障，并且这种方式很好地利用了方波气隙磁场的平顶部分，转矩平稳性好，不易产生转矩脉动
6、，每相共导通240电角度。而三三导通方式下，在换相时刻其中一个开关管的通断稍迟，就会引起直通短路，损坏开关管。由于在换相时刻的反电势为0，此方式会产生转矩脉动，每相共导通360电角度。,PWM 斩波方式,三相Y联接的直流无刷电动机通常采用三相六状态120通电的控制方式，PWM的斩波控制方式较为多样，如图3，每种PWM控制方式对电机的控制效果也有所不同。根据每个导通状态PWM作用管子数目的不同，把PWM调制方式分成两大类，一类是“双斩”方式，通常也称作H_PWM-L_PWM控制方式，每个导通状态控制器上、下桥臂的功率管全部进行PWM调制，如图3(b)所示；另一类是“单斩”方式，在三相六状态的任意
7、一个状态区间内只对上桥臂或者是只对下桥臂的一个功率管进行PWM斩波控制。 “单斩”方式又可以分为两大类，一类是六个导通状态始终只对上桥臂或是只对下桥臂的功率管进行PWM调制，分别如图3 (c)和图3 (d)所示。在这种方式中有一个桥臂的功率管始终在它应该导通的区间内处于全通状态；另一类“单斩”方式是使所有的功率管在导通的区间内轮换导通，这种导通方式也有两种情况，一种是对应该导通的功率,管在应该导通的区间内先让其处于导通状态，在后半个区间内处于PWM调制控制状态，这也就是所谓的ON_PWM单斩控制方式，如图3(f)所示，另一种情况正好相反，是先在前半个导通区间内进行PWM斩波控制，后半个区间内使
8、其处于全通状态，即所谓的PWM_ON控制方式，如图3 (e)所示。 “双斩”方式功率管的开关损耗是“单斩”方式的两倍，降低了控制器的效率，并且不利于散热。“单斩”方式中只斩上桥臂或是下桥臂的方式实现比较容易，但是会造成上下桥臂功率管的损耗不同，而六个功率管的轮换的单斩方式其开关损耗比双斩方式减少一半，且每个功率管的开关损耗相同，减少了开关应力，提高了系统的可靠性。因此实际系统中采用六只管子轮换导通的“单斩”方式控制对整个系统比较有利。 在直流无刷电机控制系统中采用不同的控制方式，开关管关断后电机电流的续流情况和换向过程中电机的电流情况都是不同的，从而引起的电机转矩的脉动也不同。,三、硬件电路设计,1 电压检测电路 2 电流检测电路 3 位置信号检测电路,电压检测电路,电流检测电路,位置信号检测电路,控制器电路,请指正 谢谢！,
