基于MC9S12X128無(wú)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(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，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(dòng)量小，容易連續且調速范圍寬。PWM信號的產(chǎn)生有多種方法，可以用555定時(shí)器組成的占空比可調的電路產(chǎn)生，也可以對單片機進(jìn)行軟件編程產(chǎn)生?？紤]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(gè)PWM輸出通道，每個(gè)通道都可以通過(guò)編程實(shí)現PWM信號的左對齊或居中對齊輸出，波形翻轉可控制，時(shí)鐘可選擇的頻率范圍寬，可以根據實(shí)際需要進(jìn)行設置。在設計的控制系統中只使用PWM0～PWM2這3個(gè)通道，設置PWM輸出的起始電平為高，對齊方式為左對齊，總線(xiàn)時(shí)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(kāi)或常閉方式控制。PWM波形生成程序流程，如圖7所示。

4 實(shí)驗結果及分析
為測試文中設計的無(wú)刷直流電機控制系統在實(shí)際運行時(shí)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(shí)驗用的電機選擇的是新西達2210(KV1000)外轉子無(wú)刷電機。輸出的PWM頻率為32 kHz。無(wú)刷直流電機在占空比為50％時(shí)，A、B、C三相端電壓波形如圖8所示；無(wú)刷直流電機某相反相感生電動(dòng)勢波形如圖9所示。

通過(guò)電機長(cháng)時(shí)間運行測試、觀(guān)察，整個(gè)系統的響應速度很快，運行平穩，測試期間無(wú)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(shuō)明電機出現過(guò)早換向的現象，此時(shí)無(wú)刷直流電機會(huì )發(fā)生輕微震動(dòng)，這種情況是由于無(wú)刷電機的磁隙較大造成的。對從硬盤(pán)拆解下磁隙較小的無(wú)刷電機進(jìn)行測試，發(fā)現硬盤(pán)無(wú)刷電機的反相感生電動(dòng)勢波形的頂部沒(méi)有彎曲。這說(shuō)明無(wú)刷電機磁隙對反相感生電動(dòng)勢有一定的影響。

5 結束語(yǔ)
根據直流無(wú)刷電機的控制原理，設計了一種直流無(wú)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(shí)際應用中還可以根據實(shí)際需要擴展其他功能。該系統具有實(shí)現成本低、穩定性好等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)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(huán)和轉速環(huán)的直流無(wú)刷電機雙閉環(huán)控制及直流無(wú)刷電機的轉矩脈動(dòng)上，以獲得更好的動(dòng)態(tài)控制性能和穩定性能。