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1、1,1,基于dsPIC30F4011芯片的无刷直流电机一体机双闭环控制器设计 东南大学 林明耀教授 2010，12，1,2,一体机控制器设计简介 一体机控制器硬件设计 一体机控制器软件设计 一体机控制系统测试结果 总结与展望,3,设计简介,背景及意义 无刷直流电机(brushless DC motor, BLDCM)结构简单、运行可靠、调速性能好，在工业和商业领域得到广泛应用。 将电机与控制器有机结合，设计成一体机，结构紧凑、体积小、可靠性高，具有非常重要的工程实用价值 。,4,控制器简介 采用dsPIC30F4011 为核心控制芯片 设计了与PC机及PLC通信接口，方便操作 对电机转速、电
2、流实现双闭环PI控制 采用软硬件结合实现过/欠压，过流和过温保 护等功能 可实现快速起动、停车、切换旋转方向 整个控制系统结构紧凑，功能丰富，运行 可靠,设计简介,5,一体机控制器设计简介,PC通信接口,PLC通信接口,主芯片,6,一体机控制器硬件设计,控制器原理框图,7,主电路,8,24V直流电源逆变桥为无刷直流电机供电 24V转变成15V及5V分别为MOSFET驱动电路、数字信号处理器dsPIC30F4011及外围电路供电 DSC捕获霍尔信号，获得BLDCM换相及并根据换相时间间隔计算转速 电压电流检测电路把直流侧电压电流转换成0-5V适合A/D转换的电压量，并为硬件过流、过压保护电路提供
3、信息。温度检测电路通过IIC方式直接发送数字温度给DSC 设计控制器与PLC通信接口，并编写了控制器与PC机异步串口通信协议,一体机控制器硬件设计,9,主控芯片选取 采用美国Microchip公司生产的数字信号控制器(DSC) dsPIC30F4011 为核心控制芯片,一体机控制器硬件设计,dsPIC30F4011,10,dsPIC30F4011 一款高性能、低成本电机控制专用芯片 集单片微处理器(MCU)和数字信号处理器(DSP)于一 体，快速处理数据 电机控制模块，可编程输出6路PWM信号 10位AD采样模块， 有电平变化捕捉接口和正交编码器接口 具有IIC、SPI、UART、CAN通信接
4、口 大大简化了外围电路的设计,一体机控制器硬件设计,11,逆变桥驱动电路 驱动芯片采用IR公司生产的IR2101，输入端具有施密特触发器，能够自动屏蔽小的扰动，防止误动作 DSC电机PWM控制模块驱动功率大，不采用光耦隔离放大，降低了成本，减小了控制器体积,一体机控制器硬件设计,12,一体机控制器硬件设计,电流检测电路 系统控制方式采用二二导通方式 ，通过检测逆变桥直流侧电流，由运算放大器及电阻网络，将电流信号转换成电压,13,一体机控制器硬件设计,电流采样电路输出电压为：,选取合适的电阻，线性测量电流范围-20A至22A，对应运放输出Vo为0-4.8V ，适合于AD转换和硬件保护输入的电压范
5、围,14,过流过压保护电路 电压电流采样电路输出，与标准电压进行比较，DSC捕获比较结果，实现保护功能,一体机控制器硬件设计,15,PCL接口电路 控制系统向PLC输出包括欠/过压、过流及过温报警信 息和速度达到指定速度信息； PLC向控制系统输入各种控制量，包括启动、停止、 切换转向等信息。,一体机控制器硬件设计,16,为使控制系统获得良好动稳态特性，采用速度、电流双闭环PI控制策略 ，控制框图为：,一体机控制器软件设计,17,软件流程图,一体机控制器软件设计,18,系统软件流程主要包括主程序、霍尔信号捕获中断程序、AD采样中断程序及电机制动程序 主程序主要包括各种全局变量的宏定义、PWM模
6、块、霍尔捕获、AD、IO口、UART等系统初始化，并实现与PC机及PLC通信功能 霍尔信号捕获中断程序主要实现电机换相、获取电机实际转速、计算速度环PI值功能 AD采样中断程序主要实现将直流侧电压、电流转换成数字量，计算电流环PI，并在软件中实现过流及欠/过压保护和限制泵升电压过大等功能 电机制动程序实现能耗制动，快速停机的功能,一体机控制器软件设计,19,一体机控制系统,实验平台,20,实验结果,一体机控制系统测试结果,空载实验,红线为设定转速 蓝线为实际转速,转速变化,电流变化,21,一体机控制系统测试结果,参考转速为1500r/min,负载变化时实验结果,加载,卸载,转速变化,电流变化,22,参考转速为3000r/min,负载变化时实验结果,转速变化,电流变化,加载,卸载,23,从测试结果可知，该一体机系统具有： 良好的稳态性能，稳态时转速误差可以控制在0.3%内 良好的动态响应性能，能够快速达到参考速度，且超调小,一体机控制系统测试结果,24,总结与展望,综合考虑电机形状、大小、功率等因素，设计一体机的控制电路，将电机与控制器有机结合，开发出一体机控制器。 使一体机控制器： 占用空间小 易于工业安装 操作简化，可靠性高 易于实现多台电机联动控制,25,谢谢,！,
