《體機控制設(shè)計》PPT課件.ppt

1、1,1,基于dsPIC30F4011芯片的無刷直流電機一體機雙閉環(huán)控制器設(shè)計 東南大學(xué) 林明耀教授 2010，12，1,2,一體機控制器設(shè)計簡介 一體機控制器硬件設(shè)計 一體機控制器軟件設(shè)計 一體機控制系統(tǒng)測試結(jié)果 總結(jié)與展望,3,設(shè)計簡介,背景及意義 無刷直流電機(brushless DC motor, BLDCM)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、調(diào)速性能好，在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 將電機與控制器有機結(jié)合，設(shè)計成一體機，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高，具有非常重要的工程實用價值 。,4,控制器簡介 采用dsPIC30F4011 為核心控制芯片 設(shè)計了與PC機及PLC通信接口，方便操作 對電機轉(zhuǎn)速、電流

2、實現(xiàn)雙閉環(huán)PI控制 采用軟硬件結(jié)合實現(xiàn)過/欠壓，過流和過溫保 護等功能 可實現(xiàn)快速起動、停車、切換旋轉(zhuǎn)方向 整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能豐富，運行 可靠,設(shè)計簡介,5,一體機控制器設(shè)計簡介,PC通信接口,PLC通信接口,主芯片,6,一體機控制器硬件設(shè)計,控制器原理框圖,7,主電路,8,24V直流電源逆變橋為無刷直流電機供電 24V轉(zhuǎn)變成15V及5V分別為MOSFET驅(qū)動電路、數(shù)字信號處理器dsPIC30F4011及外圍電路供電 DSC捕獲霍爾信號，獲得BLDCM換相及并根據(jù)換相時間間隔計算轉(zhuǎn)速 電壓電流檢測電路把直流側(cè)電壓電流轉(zhuǎn)換成0-5V適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓量，并為硬件過流、過壓保護電路提供信

3、息。溫度檢測電路通過IIC方式直接發(fā)送數(shù)字溫度給DSC 設(shè)計控制器與PLC通信接口，并編寫了控制器與PC機異步串口通信協(xié)議,一體機控制器硬件設(shè)計,9,主控芯片選取 采用美國Microchip公司生產(chǎn)的數(shù)字信號控制器(DSC) dsPIC30F4011 為核心控制芯片,一體機控制器硬件設(shè)計,dsPIC30F4011,10,dsPIC30F4011 一款高性能、低成本電機控制專用芯片 集單片微處理器(MCU)和數(shù)字信號處理器(DSP)于一 體，快速處理數(shù)據(jù) 電機控制模塊，可編程輸出6路PWM信號 10位AD采樣模塊， 有電平變化捕捉接口和正交編碼器接口 具有IIC、SPI、UART、CAN通信接口

4、 大大簡化了外圍電路的設(shè)計,一體機控制器硬件設(shè)計,11,逆變橋驅(qū)動電路 驅(qū)動芯片采用IR公司生產(chǎn)的IR2101，輸入端具有施密特觸發(fā)器，能夠自動屏蔽小的擾動，防止誤動作 DSC電機PWM控制模塊驅(qū)動功率大，不采用光耦隔離放大，降低了成本，減小了控制器體積,一體機控制器硬件設(shè)計,12,一體機控制器硬件設(shè)計,電流檢測電路 系統(tǒng)控制方式采用二二導(dǎo)通方式 ，通過檢測逆變橋直流側(cè)電流，由運算放大器及電阻網(wǎng)絡(luò)，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓,13,一體機控制器硬件設(shè)計,電流采樣電路輸出電壓為：,選取合適的電阻，線性測量電流范圍-20A至22A，對應(yīng)運放輸出Vo為0-4.8V ，適合于AD轉(zhuǎn)換和硬件保護輸入的電壓范圍

5、,14,過流過壓保護電路 電壓電流采樣電路輸出，與標(biāo)準(zhǔn)電壓進行比較，DSC捕獲比較結(jié)果，實現(xiàn)保護功能,一體機控制器硬件設(shè)計,15,PCL接口電路 控制系統(tǒng)向PLC輸出包括欠/過壓、過流及過溫報警信 息和速度達到指定速度信息； PLC向控制系統(tǒng)輸入各種控制量，包括啟動、停止、 切換轉(zhuǎn)向等信息。,一體機控制器硬件設(shè)計,16,為使控制系統(tǒng)獲得良好動穩(wěn)態(tài)特性，采用速度、電流雙閉環(huán)PI控制策略 ，控制框圖為：,一體機控制器軟件設(shè)計,17,軟件流程圖,一體機控制器軟件設(shè)計,18,系統(tǒng)軟件流程主要包括主程序、霍爾信號捕獲中斷程序、AD采樣中斷程序及電機制動程序 主程序主要包括各種全局變量的宏定義、PWM模塊

6、、霍爾捕獲、AD、IO口、UART等系統(tǒng)初始化，并實現(xiàn)與PC機及PLC通信功能 霍爾信號捕獲中斷程序主要實現(xiàn)電機換相、獲取電機實際轉(zhuǎn)速、計算速度環(huán)PI值功能 AD采樣中斷程序主要實現(xiàn)將直流側(cè)電壓、電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計算電流環(huán)PI，并在軟件中實現(xiàn)過流及欠/過壓保護和限制泵升電壓過大等功能 電機制動程序?qū)崿F(xiàn)能耗制動，快速停機的功能,一體機控制器軟件設(shè)計,19,一體機控制系統(tǒng),實驗平臺,20,實驗結(jié)果,一體機控制系統(tǒng)測試結(jié)果,空載實驗,紅線為設(shè)定轉(zhuǎn)速 藍線為實際轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速變化,電流變化,21,一體機控制系統(tǒng)測試結(jié)果,參考轉(zhuǎn)速為1500r/min,負載變化時實驗結(jié)果,加載,卸載,轉(zhuǎn)速變化,電流變化,22,參考轉(zhuǎn)速為3000r/min,負載變化時實驗結(jié)果,轉(zhuǎn)速變化,電流變化,加載,卸載,23,從測試結(jié)果可知，該一體機系統(tǒng)具有： 良好的穩(wěn)態(tài)性能，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速誤差可以控制在0.3%內(nèi) 良好的動態(tài)響應(yīng)性能，能夠快速達到參考速度，且超調(diào)小,一體機控制系統(tǒng)測試結(jié)果,24,總結(jié)與展望,綜合考