基于A(yíng)Tmega8的大功率直流電機控制系統設計與實(shí)現

　一、前言

　　直流電動(dòng)機作為主要的機電能量轉換的裝置，廣泛應用于各行各業(yè)。隨著(zhù)計算機電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電動(dòng)機的控制方法也發(fā)生了巨大的變化，模擬控制方法已基本被數字控制方法所取代。本系統采用ATmega8單片機為核心控制器，通過(guò)PWM波來(lái)控制H橋中MOSFET器件的導通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期，將26V直流電變?yōu)榻涣麟娫谠谕ㄟ^(guò)變壓器將升壓到180V在整流獲得的，其中還將用PWM控制技術(shù)來(lái)控制直流電動(dòng)機的轉速。

　　二、系統硬件設計

　?。ㄒ唬┫到y工作原理

　　系統控制器主要采用的是ATmega8單片機為控制芯片。通過(guò)霍爾傳感器檢測電流，光電編碼器對速度進(jìn)行檢測。在通過(guò)單片機產(chǎn)生PWM波來(lái)控制H橋的MOSFET，對MOSFET的驅動(dòng)我們采用互補式的隔離脈沖變壓器驅動(dòng)。將直流電逆變?yōu)榻涣麟娫谕ㄟ^(guò)變壓器將26V的直流升壓到180V的電壓。對電機的控制我們采用的是雙閉環(huán)調速系統。

　?。ǘ┲饕布O計

　　1、雙閉環(huán)控制器電路

　　根據自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統是按被調量的偏差進(jìn)行控制的系統，如果被調量發(fā)生偏差，整個(gè)系統就會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。在本系統的設計中，采用比例積分調節算法，雙閉環(huán)負反饋系統，分別為電流PI調節和轉速PI調節算法。通過(guò)程序計算出電流環(huán)輸出電壓值，將電樞電壓值作為PWM波形占空比的設定值，AVR單片機輸出PWM波形，為了防止反饋控制的閉環(huán)調速系統在啟動(dòng)和堵轉時(shí)電樞電流過(guò)大的問(wèn)題，引入了電流截止負反饋環(huán)節。為了很好的得到輸入信號，我們運用軟件程序設計增加了一個(gè)卡爾曼濾波?？柭鼮V波是以最小均方誤差為估計的最佳準則，來(lái)尋求一套遞推估計的算法，其基本思想是：采用信號與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時(shí)刻地估計值和現時(shí)刻的觀(guān)測值來(lái)更新對狀態(tài)變量的估計，求出現時(shí)刻的估計值。

圖1 由ATmega8構成的大功率直流電機控制器

　　2、PWM整形和MOSFET驅動(dòng)電路

　　利用74HC74的特性可以得到U1002的SD和RD都接高電平，讓PWM信號接CLICK端。當PWM處于由高電平時(shí)，由于74HC74的D端接的是Q非端，所以在PWM由低電平轉換為高時(shí)Q和Q非的輸出波形就交替變換，從而將一路的PWM分頻為兩路的PWM。這兩路方波信號分別接到兩個(gè)與非門(mén)的輸入端，與非門(mén)的另外兩個(gè)端口相聯(lián)后在單片機產(chǎn)生的PWM信號相接，當PWM為低電平是兩個(gè)與非門(mén)的輸出都為高電平，從而使得最后四路PWM輸出都為低電平，完成了驅動(dòng)MOSFET的死區功能。當CLICK處于上升沿的時(shí)候Q和Q非端的輸出端也交替的輸出高低電平。從而將較低頻率的PWM信號通過(guò)500KHz的載波信號通過(guò)脈沖變壓器進(jìn)行傳輸。