基于MC9S12X128無刷直流電機控制系統設計

3．2 PWM波形生成
PWM調制是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其應用在電機轉速控制方面。使用PWM調節電機轉速，電機電樞電流的脈動量小，容易連續且調速范圍寬。PWM信號的產生有多種方法，可以用555定時器組成的占空比可調的電路產生，也可以對單片機進行軟件編程產生。考慮到成本和電路設計的需要，文中的PWM信號用軟件的方法獲得。MC9S12x128有8個PWM輸出通道，每個通道都可以通過編程實現PWM信號的左對齊或居中對齊輸出，波形翻轉可控制，時鐘可選擇的頻率范圍寬，可以根據實際需要進行設置。在設計的控制系統中只使用PWM0～PWM2這3個通道，設置PWM輸出的起始電平為高，對齊方式為左對齊，總線時鐘設置為24 MHz。輸出的PWM信號給上橋臂的功率MOSFET管，而下橋臂的功率管采用常開或常閉方式控制。PWM波形生成程序流程，如圖7所示。

4 實驗結果及分析
為測試文中設計的無刷直流電機控制系統在實際運行時的效果，根據文中的設計方案，按照系統電路各部分電路選擇合適的電子元件，搭建了硬件電路。電路中MOSFET選擇的是IR公司的IRFR5305和IRFR1205。實驗用的電機選擇的是新西達2210(KV1000)外轉子無刷電機。輸出的PWM頻率為32 kHz。無刷直流電機在占空比為50％時，A、B、C三相端電壓波形如圖8所示；無刷直流電機某相反相感生電動勢波形如圖9所示。

通過電機長時間運行測試、觀察，整個系統的響應速度很快，運行平穩，測試期間無故障發生。但是，從圖9中可以看出，反相感生電動勢波形的頂部有彎曲，說明電機出現過早換向的現象，此時無刷直流電機會發生輕微震動，這種情況是由于無刷電機的磁隙較大造成的。對從硬盤拆解下磁隙較小的無刷電機進行測試，發現硬盤無刷電機的反相感生電動勢波形的頂部沒有彎曲。這說明無刷電機磁隙對反相感生電動勢有一定的影響。

5 結束語
根據直流無刷電機的控制原理，設計了一種直流無刷電機控制系統，文中給出了主要電路的設計原理圖。硬件電路采用模塊化設計，方便系統維護，而且在實際應用中還可以根據實際需要擴展其他功能。該系統具有實現成本低、穩定性好等特點，能夠滿足對精度和成本的要求。后續研究工作將集中在基于電流環和轉速環的直流無刷電機雙閉環控制及直流無刷電機的轉矩脈動上，以獲得更好的動態控制性能和穩定性能。