無刷電機方波控制原理和實現(xiàn)步驟
一.方波控制理論基礎(chǔ)
方波控制也叫六步控制,在一個電周期中,電機只有六種轉(zhuǎn)態(tài),或者說定子電流有六種狀態(tài)(三相橋臂有六種開關(guān)狀態(tài))。每一種電流狀態(tài)都可看作合成一個方向的矢量力矩,六個矢量有規(guī)律地、一步接一步地轉(zhuǎn)換,矢量旋轉(zhuǎn)方向決定了電機旋轉(zhuǎn)方向(順時針或是逆時針),電機轉(zhuǎn)子會跟著同步旋轉(zhuǎn)。在方波控制里,主要是對兩個量進行控制,一個是電機轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的開管狀態(tài),有Hall時,通過Hall信息獲取轉(zhuǎn)子位置,無傳感器時,無刷電機通過反電動勢信息獲取轉(zhuǎn)子位置,從而決定開管狀態(tài);第二個是PWM占空比的控制,通過控制占空比的大小來控制電流大小,從而控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速.
二.方波算法實現(xiàn)步驟Hall 方波控制:
1.讀取母線電流采樣的AD 值,計算母線電流
2.電流環(huán)計算應(yīng)該給的PWM 占空比,控制電流為給定電流大小
3. 讀取hall 狀態(tài),根據(jù)Hall 狀態(tài)與三相橋臂開管狀態(tài)關(guān)系數(shù)組,得到相應(yīng)的開管狀態(tài),每次hall 狀態(tài)的跳變沿及為三相橋臂狀態(tài)切換的時間點(也稱為換相點)。
4. Hall 相鄰狀態(tài)間的扇區(qū)為一個電周期的六分之一,即為60°,用定時器可記錄60°扇區(qū)所用的時間,從而計算電流頻率,從而得到電機轉(zhuǎn)速。
5. 以電流環(huán)作為內(nèi)環(huán),速度環(huán)作為外環(huán),電機進行閉環(huán)控制,如Hall 方波控制框圖。對于Hall 方波控制來說,電機啟動時,就已經(jīng)知道電機轉(zhuǎn)子位置,直接用hall 狀態(tài)對的矢量力矩去拉電機,就可啟動電機,并可直接進閉環(huán)控制。
三.BEMF 方波控制:
1.讀取母線電流采樣的AD 值,計算母線電流。
2.電流環(huán)計算應(yīng)該給的PWM 占空比,控制電流為給定電流大小
3. 保持一種開管狀態(tài)(即保持一個方向矢量定位),定位完成,然后按一定頻率改變開管狀態(tài),并按規(guī)律提升改變頻率。到達切換電頻率,然后切換到反電動勢模式。
4. 用一個較高頻率定時器中斷讀取相比較器輸出狀態(tài),若相比較器輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn),則說明該相反電動勢產(chǎn)生過零,此時,讀定時器D 時基計數(shù)值,保存,然后清定時器D,并配置定時器D 的比較寄存器0 的比較值,開定時器D 開始計時,直到產(chǎn)生PWMD0 中斷,在中斷中改變開關(guān)管狀態(tài),也就是找到過零點延遲30°電角度再換相。
5. 以電流環(huán)作為內(nèi)環(huán),速度環(huán)作為外環(huán),電機進行閉環(huán)控制,對于BEMF 方波控制來說,電機啟動時,是不知道電機轉(zhuǎn)子位置,所以需要用外同步方式啟動電機,讓定子電流按給定大小和頻率拖動電機轉(zhuǎn)子跑,然后電機達到切換電頻率,就可切換到反電動勢模式跑電機,并運行速度和電流閉環(huán)控制。