位工業(yè)級通用單片機-應(yīng)用筆記an spmc

V1.1-Nov23,19,InnovationFirstRoadScienceParkHsin-Chu 300:886-3-578-6005Fax:886-3-578-4418E- 術(shù)文件及規(guī)格為之版本。若因貴公司使用本公司之文件或產(chǎn)品，而涉及第三人之專利或著作權(quán)等智能財之應(yīng)用及配合時，則應(yīng)由貴公司負責(zé)取得同意及，本公司僅單純販售產(chǎn)品，上述關(guān)于同意及，非屬本公司應(yīng) 頁工作原 硬件設(shè) 位置偵 軟件說 軟件說 構(gòu) 程序范 程序范 實驗測 控制信 轉(zhuǎn)速調(diào) 電流波 系統(tǒng)響 參考文 工作原所引起的噪聲、火花、電磁干擾、短等一系列弊病。由于直流無刷電動機既具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、方便等一系列優(yōu)點，又具有直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能如圖1－1所示。主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5－24KHz調(diào)制波的對稱交變矩形N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°H3、H2、H1，從而產(chǎn)生有效的六狀120度的算法驅(qū)動IPM的內(nèi)置從而來驅(qū)動直流無刷電動機。對信號的010、011、001、101、100110六種狀態(tài)，所以可以根據(jù)這六種位置狀態(tài)信息來分配的驅(qū)動信號。在這里我們優(yōu)先選用了的上橋臂用分配信號，下橋臂分配高低電平的驅(qū)動方式，所以我們可以通過改變上橋臂的占空比來改變加在直流無刷電動機上的端電壓。信號分配和位置關(guān)系如圖1－2所示。1－2其中：V1、V2、V3、V4、V5V6表示組成的三相全控橋電路，上橋V1、V3V5三個功率管，下橋V2、V4V6三個功率管，分別控制這U、V和W三相直流電的流向1－1所示連接方式。H1、H2和H3是霍爾傳感器的三個信號出線。V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2的順序來換流的話，那幺我們可以同樣根據(jù)位置信號給出反轉(zhuǎn)時驅(qū)動信號的換流H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。具體電機的相序一定要搞清on/offU、V、W三相線圈，而在直流1－3所示，了在控制信號的作用下各相的電壓、電流方向的旋轉(zhuǎn) 角UVW方1－3在控制功率組件的信號中加入，調(diào)整的占空比，即輸出的Duty，使得調(diào)整輸入電動機的端電壓的大小，進而控制直流無刷電動機的轉(zhuǎn)速，其中控制信號的加入有四種方式：上相 圖 硬件設(shè)此方案將選16位變頻SPMC75F2413A和功率器件智IPM，結(jié)合基本的驅(qū)動算法來實現(xiàn)對三分。各部分的框圖如圖2－1所示，硬件電路原理如圖2－2所示。AC220V2－1SwitchingPower2－22－3SPMC75F2413A可以通過Probe來連接內(nèi)嵌 智能模塊IPM（In 護、溫度保護一應(yīng)俱全）大大提高了系統(tǒng)的可靠性。如圖2－4所示，IPM電氣連接圖。

2 4

VV

P

N

C41

2－4IPMIC8：IPMC31、C35、C37C41：故障脈寬定時電容（陶瓷材料）0.022uF/50VC42:去耦電容0.22uF/50VC43:控制電源濾波電容33uF/35VC47:短路采樣RC濾波3300pFR460.082?為了保護MCU微控制器部分這里實施了高壓直流IPM部分和MCU部分的電氣 行的穩(wěn)定和可靠性，控制系統(tǒng)和IPM之間用光耦來 驅(qū)動。如圖2－5光 圖2－5 其中：光耦兩邊必須使用不同的電源才能達到的效果，否則不能起到電氣的作用。光耦建出錯，硬件會自動的立即切斷送往IPM的驅(qū)動信號，同時向MCU申請中斷。只有故障消除以后，MCU重新使能信號的輸出才能使IPM再次的工作起來。如圖2－6硬件保護電路。2－6其中：IC1574HC373，IC474HC00就是選用了帶有霍爾傳感器的直流無刷電動機。如圖2－7霍爾傳感位置偵測電路原理圖的設(shè)計。 MHALL-321

2

HALL1 1 2－7PID控（Proportion（Integralu(t)Kp[e(t)1te(t)dtTd]

（Ti u(t――)――Kp―― Td――比例部分的數(shù)學(xué)式表示是：Kp*也越容易產(chǎn)生振蕩。故而，比例系數(shù)Kp選擇必須恰當，才能過渡時間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。

tTit積分時間Ti對積分部分的作用影響極大。當Ti較大時則積分作用較弱，這時系統(tǒng)在過渡時不會產(chǎn)生振蕩；但是消除偏差所需的時間也較長。當Ti較小時，則積分的作用較強，這時系統(tǒng)過渡時間中有可能微分部分的數(shù)學(xué)式表示是：Kp*Td微分部分的作用由微分時間常數(shù)Td決定。Td越大時，則它抑制偏差e(tTd越小時，則它反抗偏差e(t)變化的作用越弱。微分部分顯然對系統(tǒng)穩(wěn)定有很大的作用。 e(k)e(ku(k)Kp[e(k) e(j)

（ u(k)――k次采樣周期的輸k ――在上式（3.2）e(k)e(ke(k Tu(k)Kp[e(k) e(j)Tj

e(k （在上式（3.3）KiKpTiKdKp*kku(k)Kp*e(k)Ki*T

e(j)T

e(k （k為了避免在求取控制量u(t時對偏差求和運算e(j，在實際應(yīng)用中通常采用增量式u(tu(ku(ku(kk u(k-1)Kp*e(k1)Ki*Te(j)j

e(k （Te(k)e(k)e(ke(k1)e(k1)e(ku(k)Kp[e(k)e(k1)]Ki*T*e(k)Kd[e(k)2e(k1)e(kT

（u(k)Kp{[e(k)e(k1)]

e(k)Td[e(k)2e(k1)e(kT

（TTi0.5TuTd0.125Tuu(k)Kp[2.45e(k)3.5e(k1)1.25e(k

（軟件說BLDC驅(qū)動的一般算法：120度上相驅(qū)動帶霍爾位置傳感的直流無刷電動機并應(yīng)用PID控制來進行對CCDMCMotor1Start和Motor1Stop控制啟停原形void描述無輸出參 頭文 庫文 注意事 用IOB14；DMC的UART通信占用Channel2（IOC0-RXDTXD BLDC_Motor_Startup(原形描述無輸出參 頭文 庫文 中斷（TCV）中調(diào)用，可以讓BLDC以爬坡的方式來啟動。 BLDC_Motor_Normalrun(原形voidBLDC_Motor_Normalrun描述無輸出參 頭文 庫文 BLDC_Motor_Actiyator( void BLDC調(diào)速控制，包括對IPM的充電、滑動濾波、PID調(diào)節(jié)及 輸出參 頭文 庫文 根據(jù)電機的最高速度調(diào)用頻率可以略有差別，程序中可以使用512Hz來調(diào)節(jié)。 void 輸出參 頭文 庫文 注意事 IPM_Fault_Protect(原形void描述無輸出參 頭文 庫文 輸出管腳將會置為髙阻態(tài)，必須在IRQ0中調(diào)用。 BLDC程序范#include"Spmc75regs.h"#include"Spmctypedef.h"#include"Spmc75_BLDC.h"{PIOASPE->W=0x0000;PIOBSPE->W=0x0000;P_IOC_SPE->W=Spmc75System {BLDCRunService(); }}//Description:IRQ0interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ0(void) voidIRQ0(void){IPMFault}//Description:IRQ1interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ1(void) voidIRQ1(void){/*Positiondetectionchangeif(PTMR0Status->B.PDCIF&&PTMR0INT->B.PDCIE){BLDCMotor}/*TimerCounterSunplusTechnologyCo., PAGE V1.1–Nov.23,{BLDCMotor}PTMR0Status->W=PTMR0Status-}//Description:IRQ6interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ6(void) voidIRQ6(void){if(PINTStatus-{ if(PUARTStatus->B.TXIF&&PUARTCtrl-}}//Description:IRQ7interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ7(void) voidIRQ7(void){{if(PCMTCtrl->B.CM0IF&&PCMTCtrl-{BLDCMotor}P_CMT_Ctrl->W=P_CMT_Ctrl-}}CMT0的定時中斷。如圖5－1所示主程序設(shè)計流程圖。始5-1BLDC故障輸入、輸出短路、PDC、TCV、RXDCMT0BLDC的啟動、運行、速這里只對PDC、TCV中斷流程示出，以便使用者參考。如圖5-2PDC、TCV中斷操作流程中PDC中斷維持維持BLDC正常運行中斷服【API：BLDC_Motor_Normalrun（）TCV啟動、低速 務(wù)函【API：BLDC_Motor_Startup（）中斷出5-2PDC、TCVMCU使用crystal有無MCP3：BLDC電機控剩余IO及處理方主控應(yīng)用crystal有無MCP3：BLDC電機控剩余IO及處理方主控應(yīng)用實驗測測試主要是針對120度上相 W5：IOB3/W1V3：IOB4/V1U1：IOB5/U1H2：IOB9/TIO0B－1所示，正轉(zhuǎn)時120度上相 信號測試和圖7－2所示，反轉(zhuǎn)時120度上相 圖7－1正轉(zhuǎn)時120度上 從測試的信號波形可以看出在正轉(zhuǎn)時位置偵測和控制信號的對應(yīng)關(guān)系：010（H3H2H1）V6－V1、011（H3H2H1）V5－V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2。圖7－2反轉(zhuǎn)時120度上 從測試的信號波形可以看出在反轉(zhuǎn)時位置偵測和控制信號的對應(yīng)關(guān)系：001（H3H2H1）V1－V2、011（H3H2H1）V2－V3、010（H3H2H1）V3－V4、110（H3H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。 圖7－3120度前 BLDC端電壓的調(diào)節(jié)來進行調(diào)速，所以我們可以測得在不同速度下的占空比的情況。7－4所示BLDC1000rpm時的情況和圖7－5所示BLDC工作在3200rpm時的情況。圖7－4BLDC工作在1000rpm時 從測試的波形我們可以看出BLDC工作在1000rpm時： 脈沖的髙電平H 平 )*＝22us/124us*100%＝17.74%圖7－5BLDC工作在3200rpm時 從測試的波形我們可以看出BLDC工作在3200rpm時： 脈沖的髙電平H 平 )*＝94us/126us*100%＝74.6%用電流探頭對BLDC工作時的電流進 的載波為6KHz。這里對電流的測試 7－6由于用PID來對速度進行調(diào)節(jié)，所以我們可以通過