無刷直流電機調速控制系統中的應用方案

b.換向調速電路

無刷直流電動機轉速的控制方法可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法兩類。由于前者所受的各類限制較多，且勵磁線圈電感較大動態響應較差。所以常用的是改變電樞端電壓以實現調速的電樞電壓控制法。設直流電源電壓為Ud，為電樞串聯一個電阻R并接到電源Ud，則電樞兩端的電壓Ua為Ua=Ud-IaR，顯然調節電阻R即可改變端電壓從而達到調速目的。但這種傳統的調壓調速方法效率較低。隨著電力電子技術的發展出現了許多新的電樞電壓控制方法。PWM脈寬調制就是其中之一。其基本原理如圖2所示。

設加在電機電樞兩端的矩形波的幅值電壓為Ud 則電機電樞兩端電壓的平均值為

Ua=(T1-T2)Ud/(T1+T2)=(2T1/T2-1)Ud=(2α-1)Ud

其中α為占空比，通過改變α的值可達到調壓的目的。由于0 ≤α≤1, Ua值的范圍是-Ud～+Ud,因而電機可以在正、反兩個方向調速運轉。

通過單片機可采樣電動自行車手柄上可調電阻的電壓，再經A/D轉換后送到PWM寄存器，從而控制單片機的PB1腳，輸出占空比可調的PWM 信號。該信號和來自限流電路LM358比較器的輸出信號一起通過軟件比較，在限流電路不工作的情況下輸出PWM信號，以配合軟件控制的PB0、PD5和PD6引腳來驅動相應的光耦，進而控制MOSFET全橋電路換相導通，實現電機的換向。因此,通過調節單片機PWM信號的占空比,最終可改變加在電動機定子繞組上的電壓,從而實現電動機的調速。

4 系統軟件控制

ATmega8在軟件上能有效支持C語言及匯編語言。C語言目前已成為設計嵌入式系統的標準語言，它既有普通高級語言結構化編程、可讀性好、維護方便的特點，又具有匯編等低級語言對硬件訪問方便、代碼效率高的特點。本設計是用C語言編程實現的，具有很好的可移植性。其程序流程圖如圖4所示。

5 結束語

用本方案設計的電動自行車調速控制系統在實驗運行過程中獲得了良好的動、靜態特性。高性價比ATmega8單片機的運用大大降低了成本，提高了軟件設計靈活性，豐富了硬件接口功能，為今后系統升級創造了良好條件。