基于MC9S12X128無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3．2 PWM波形生成
PWM調(diào)制是利用數(shù)字輸出對模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其應(yīng)用在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方面。使用PWM調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)電樞電流的脈動(dòng)量小，容易連續(xù)且調(diào)速范圍寬。PWM信號(hào)的產(chǎn)生有多種方法，可以用555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)的電路產(chǎn)生，也可以對單片機(jī)進(jìn)行軟件編程產(chǎn)生。考慮到成本和電路設(shè)計(jì)的需要，文中的PWM信號(hào)用軟件的方法獲得。MC9S12x128有8個(gè)PWM輸出通道，每個(gè)通道都可以通過編程實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的左對齊或居中對齊輸出，波形翻轉(zhuǎn)可控制，時(shí)鐘可選擇的頻率范圍寬，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中只使用PWM0～PWM2這3個(gè)通道，設(shè)置PWM輸出的起始電平為高，對齊方式為左對齊，總線時(shí)鐘設(shè)置為24 MHz。輸出的PWM信號(hào)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
為測試文中設(shè)計(jì)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的效果，根據(jù)文中的設(shè)計(jì)方案，按照系統(tǒng)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(shí)驗(yàn)用的電機(jī)選擇的是新西達(dá)2210(KV1000)外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。輸出的PWM頻率為32 kHz。無刷直流電機(jī)在占空比為50％時(shí)，A、B、C三相端電壓波形如圖8所示；無刷直流電機(jī)某相反相感生電動(dòng)勢波形如圖9所示。

通過電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行測試、觀察，整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快，運(yùn)行平穩(wěn)，測試期間無故障發(fā)生。但是，從圖9中可以看出，反相感生電動(dòng)勢波形的頂部有彎曲，說明電機(jī)出現(xiàn)過早換向的現(xiàn)象，此時(shí)無刷直流電機(jī)會(huì)發(fā)生輕微震動(dòng)，這種情況是由于無刷電機(jī)的磁隙較大造成的。對從硬盤拆解下磁隙較小的無刷電機(jī)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)硬盤無刷電機(jī)的反相感生電動(dòng)勢波形的頂部沒有彎曲。這說明無刷電機(jī)磁隙對反相感生電動(dòng)勢有一定的影響。

5 結(jié)束語
根據(jù)直流無刷電機(jī)的控制原理，設(shè)計(jì)了一種直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)，文中給出了主要電路的設(shè)計(jì)原理圖。硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，方便系統(tǒng)維護(hù)，而且在實(shí)際應(yīng)用中還可以根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展其他功能。該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)成本低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠滿足對精度和成本的要求。后續(xù)研究工作將集中在基于電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的直流無刷電機(jī)雙閉環(huán)控制及直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)上，以獲得更好的動(dòng)態(tài)控制性能和穩(wěn)定性能。