数字伺服节能控制器的设计与应用.pdf

2012年2月内蒙古科技与经济February2012第3期总第253期InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyNo.3TotalNo.253数字伺服节能控制器的设计与应用X庞胜,孙小琴(广州市市政工程维修处,广东广州510120)摘要:提出了一种无刷直流电机控制器的设计方案,以工业缝纫机为应用背景,设计了基于Microchip的dspic33fj32mc204单片机的控制器软硬件。系统采用PI调节实现了无刷直流电机的无级控制,对控制器用于工业缝纫机进行实测,节能效果显著,动静态指标符合实际使用要求,具有良好的实用价值。关键词:无刷直流电机;PWM控制;工业缝纫机中图分类号:TM33文献标识码:B文章编号:1007—6921(2012)03—0085—02传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电PWM时基配置为递增/递减技术模式,工作于中间机,交流异步电机输出功率只有输入功率的70%左对齐方式,调制频率选择为10kHz,采用独立的右,通过摩擦离合器传递扭矩到缝纫机,效率又只有PWM输出模式,每个占空比发生器同时连接到70%左右,因此其总效率仅为40%～50%。因此寻找PWM输出对中的两个I/O引脚,且利用特殊事件一种高效率且易于控制的节能电机和控制方法显得触发器使A/D采样在占空比有效的中间时刻同步,尤为必要,近年来,永磁无刷直流电机以体积小、效以便获得准确的模拟量值;º9路12位高速A/D转率高一直成为研究的重点,它具备结构简单、运行可换通道,可以用来接入踏板、电压以及其他保护信靠、无需机械换向、维护方便的特点,又有直流电机号,且采样与PWM时基同步;»电平变化中断:来那样良好的调速特性,因此其应用越来越广泛。自电机霍尔传感器的位置信号发生电平变化时会产本控制器基于dspic33fj32mc204单片机为核心生电平变化中断,在电平变化中断服务子程序中,实的设计硬件平台,改MCU有丰富的片内资源,通过施电机换相、辨别电机转向以及计算转速;¼定时器优化算法编写的软件,能精确控制电机地工作状态。(TIMER2/3):工作于周期计数模式,以记录相邻两在无传感器无刷直流电机的控制中,转子位置的判个电周期发生的间隔,用来计算转速。断,电机的启动及电流的换相均由控制系统完成,采2硬件、软件设计用基于DSP的无传感器无刷直流电机控制方法,借直流无刷电机的驱动,是根据霍尔元件的状态助MCU内DSP的强大的运算处理能力,软件上大来控制6个MOS管来对电机进行驱动和换相。控制大简化,微处理器只需对外面的开关信号做出处理,器主电路设计为星形连接三相桥式,采用二二导通就能实现电机可靠的运转。三相六状态工作方式,主电路见图1所示,根据各相1控制原理绕组反电势波形与转子位置检测器霍尔状态之间的dspic33fj32mc204的特点及其在系统中的应关系,可分析出无刷直流电机电动运行时霍尔状态、用。电机绕组通电顺序以及功率场效应管导通顺序的逻主控制芯片是控制系统的核心,它有完善的过辑关系,见表1。压、过流、过热保护。输出驱动信号给逆变器,对功率主要电路设计见图2所示:驱动电路:主要器件驱动单元进行保护,实时采集转换信号、位置信号,采用IR2135集成电路,它们把单片机产生的PWM通过开关量输入输出接收外部信息并对外部进行控信号进行放大后,驱动功率场效应管。逆变器:功率制,可以通过总线与外部其他系统交换信息等。场效应管(MOSFET)对于400W以下无刷直流电机本系统采用的主控制芯片是Microchip公司专可以选用P75NF75。为电机控制领域设计。dspic33fj32mc204芯片是具表1120度无刷电机换相真值有DSP功能的MCU,其DSP引擎具有17X17位乘法霍尔传感器A、B、C场效应管导通器,一个40位ALU,两个40位饱和累加器和一个40101Q1、Q4位双向移位寄存器,DSP指令可以无缝地与其他所001Q5、Q4有指令一起操作,控制功能强,使得它比一般的DSP011Q5、Q2硬件开发电路更简单更便宜,比同档次的单片机更010Q3、Q2能适应数字信号处理的要求。在实际应用中主要使110Q3、Q6用了芯片的如下资源:¹电机控制PWM模块。100Q1、Q6X收稿日期:2011-12-28・85・253期内蒙古科技与经济3应用分析用图4、图5所示的BLDC电机,取代Singer牌缝纫机上的交流离合电机,让改装后的缝纫机与未改装的Singer牌缝纫机完成同样的工作任务,同时用2个功率计量插座分别测试2台缝纫机的能耗情况,实际情况表明采用数字伺服控制的BLDC能耗约为原来交流离合电机的35%,与前言中提到传统的工业缝纫机电机的效率仅为40%～50%较为吻合。由于交流离合电机在工作时,不论缝制布料厚薄,输出功率一致,而且在