基于AVR單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　嚴(yán)格地講，永磁無(wú)刷直流電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性系統(tǒng)，線性是在一定的范圍內(nèi)和一定程度上對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)的近似描述。而在對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的精度和性能要求較低的應(yīng)用場(chǎng)合，可以忽略系統(tǒng)的非線性，或者局部線性化后，在一定范圍內(nèi)可以滿足對(duì)控制的要求。

　　控制系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架

　　系統(tǒng)硬件主要由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、RS-232接口電路組成，如圖1控制系統(tǒng)硬件框圖所示。

　　由永磁無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行原理可以知道，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的平均工作電流與轉(zhuǎn)速成反比例函數(shù)關(guān)系，也即轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，因此控制無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速就可以控制其電磁轉(zhuǎn)矩，而且永磁無(wú)刷直流電機(jī)通過(guò)改變電源電壓實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。從圖1可以看出，本系統(tǒng)是速度閉環(huán)和電流閉環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。霍爾位置傳感器的位置信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后送專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片后產(chǎn)生一個(gè)速度脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，再運(yùn)用增量式PID算法，得到PWM控制信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離電路驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速，并且霍爾電流傳感器檢測(cè)的電流信號(hào)進(jìn)入Atmega 16L單片的A/D轉(zhuǎn)換器[3-4]，將電流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進(jìn)行電流閉環(huán)控制。同時(shí)，單片機(jī)還監(jiān)控控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過(guò)流、過(guò)壓等故障時(shí)，單片機(jī)將封鎖PWM輸出信號(hào)，使電機(jī)停機(jī)，并通過(guò)LED電路顯示故障。

　　PWM信號(hào)產(chǎn)生及處理電路

　　Atmega 16L產(chǎn)生的PWM信號(hào)通過(guò)光電藕合器產(chǎn)生同周期的PWM信號(hào)，經(jīng)分壓濾波之后輸出一個(gè)O-5V的用于驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)速電壓。為了起到隔離效果，在光電耦合器輸入端采用與Atmega 16L相同的5V電壓，在輸出端采用給電機(jī)供電的12V電壓。采用穩(wěn)壓二極管使光電耦合器穩(wěn)到9V，它的PWM信號(hào)經(jīng)兩級(jí)RC濾波之后變得平滑，并且光電耦合器的兩端分別接地，所以光電耦合器起到了主控電路與驅(qū)動(dòng)電路電氣隔離作用。