电机控制应用方案

文章摘要：系统概念本系统设计用于在速度闭环回路下驱动三相交流电机。根据所期望的应用环境，压/频（V/F）控制算法是最佳选择。这是因为其它的控制方法不适合于低成本交流驱动。速度传感器的应用使得系统具有更好的速度驱动精度。为一个标准的驱动系统。此系统包括如下几个部分：单片机控制板；三相转换器；反馈传感器，包括电机速度、直流总线电压、总线电流和过流状态测量；光电隔离器，用于功率驱动模块与单片机之间；电源。硬件设计单片机控制板摩托罗拉单片机MC68 HC908MR24通过读取速度指令和反馈信号控制整个驱动系统，并根据预先设定好的算法，产生功率器件的PWM信号，以及用户界面的各种状态信号等。这种专用单片机仅需很少

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系统概念

　　本系统设计用于在速度闭环回路下驱动三相交流电机。根据所期望的应用环境，压/频（V/F）控制算法是最佳选择。这是因为其它的控制方法不适合于低成本交流驱动。速度传感器的应用使得系统具有更好的速度驱动精度。

为一个标准的驱动系统。此系统包括如下几个部分：单片机控制板；三相转换器；反馈传感器，包括电机速度、直流总线电压、总线电流和过流状态测量；光电隔离器，用于功率驱动模块与单片机之间；电源。

硬件设计

单片机控制板

　　摩托罗拉单片机MC68 HC908MR24通过读取速度指令和反馈信号控制整个驱动系统，并根据预先设定好的算法，产生功率器件的PWM信号，以及用户界面的各种状态信号等。这种专用单片机仅需很少数量的外围器件即可。

三相转换器

　　三相转换器组成了系统的功率推动部分，其功能是用于将单片机产生的5VPMW信号转换为能驱动电机的高电压控制脉冲。在本设计方案中，选用了带有续流二极管的IGBT（隔离门双极晶体管），它具有良好的电流和高频特性，可使设计者利用高于人耳音频范围之上的16-20KHz的PWM脉冲来有效地驱动电机。

反馈传感器

　　为使系统正常工作，必须具备能正确反应出直流总线电压，直流总线电流和电机速度的反馈信号。

　　直流总线电压用于提供过压保护信号，可用电阻分压实现简单的电压传感器。直流总线电流用于提供过流保护信号，而且在控制算法中也需用到直流总线电流值。电流的测量方法可在直流总线的电线回路上串入电流感应电阻。对于过流保护，可用一个比较器来产生一个出错信号，可用一个比较器来产生一个出错信号，并将其连到单片机PWM单元的出错输入脚。

　　对于闭环控制系统来说，速度传感器是必须的。交流测速仪可感测电机的实际速度。交流测速仪提供的是一种交流正弦波，其频率与电机速率成正比，且正弦信号可用一方波电路进行滤波，将其转换成具有逻辑电平的方波，然后将方波信号输入到单片机的定时器输入捕捉单元中。

光电隔离为系统中控制部分和功率部分提供了电流隔离。六个光耦合器用以隔离电机控制PWM信号。而且，为保证可靠性，安全性和避免电线噪声，所有的反馈信号（包括电压，电流）都必须采用光电耦合器或光电隔离放大器进行隔离。

软件设计

　　电机控制任务按以下方式完成：根据所要求的速度要求计算出加速和减速斜率，电机实际速度同时由转速传感器测得。速度控制器根据速度误差信号（实际速度与要求的速度之差）产生电机频率，使电机速度接近要求。这样，在稳定状态时，电机实际速度就等于要求的速度，压频算式按照频率产生相应的电压值，然后由PWM模块产生六个输出信号并传送给功率驱动部分。

在电机减速阶段需要检测直流总线电压以防止过压，在必要时要进行保护功能。

整个驱动要对电机控制错误进行保护。系统内要测量以下错误信号：直流总线过压；直流总线欠压；电机过流。

　　如果以上任何一种错误出现，就必须关断PWM输出信号以保护系统内的功率驱动器件。

单片机的使用

存储器 MC68HC908MR24 容量 已用容量

FLASH 24字节 3.7K字节

RAM 768字节 82字节

　　所示为三相交流电机在闭环控制下所需的存储器容量。单片机的其余大部分容量仍可用于其它的任务。

四　采用MC68HC908MR24的低成本高效无传感器或直流无刷电机驱动

因为三相直流无刷（BLDC）电机具有高效性能和易于控制的特性，是低成本高效率速度驱动系统很好的选择。这种电机实际中的缺点是电机相位交流依赖于转子位置。如果采用传感器来感知转子位置，则必须将传感信号传送给控制单元。这样，就要在电机上附加引线，而这在某些应用中是不允许的。因此，至少有二种理由要求取消位置传感器：

1.在传感器和控制单元之间加装附加连线的不可行性。

2.位置传感器和连线的成本。

　　第一点还可能利用将电机机体集成的方式来解决，然而很大一部分的应用场合则需要无传感器的方案。

一种很成熟的无传感器检测转子位置的方法就是，在过零点测量电机绕组产生的反电动势。即当三相绕组中某一组不加电时，测量其过零点时的反电动势。得到的信息再利用脉宽调制的方法处理，来控制相位电压。

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