基于C8051F320的无位置传感器无刷直流电动机控制技术
赵君，刘卫国，谭博，孙银川
(西北工业大学，陕西西安710072)
摘要：介绍一种基于c8051 F320的无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计，系统采用反电势过零检测法确定转子位置信息，完成r速度、电流的双闭环控制。结合c805l320具有的多机9位uART通信模式，利用Labview 8. O实现了对多台电机的测试与PI参数整定功能。样机实验表明，该系统结构简单，运行可靠，调速性能
良好。
关键词：无刷直流电动机；无位置传感器；c8051F320；Labvlew 8. 0
O引 言
随着磁性材料、电力电子器件和控制技术的发展，无刷直流电动机的应用越来越广泛。无刷直流电动机与直流电动机和交流异步电动机相比，具有结构简单、调速特性好、无换向器和效率高的特点。因为无刷直流电动机没有换向器，需要采取一定措施获取转子位置信息。而获取转子位置信息的方法通常有两种，一种是采用传感器获取转子位置，这种方法简单易行，但传感器易受环境影响，在高温等环境下，性能会不稳定，甚至失效，同时连接线较多。另一种是利用测量得到的电流、电压、电机的基本方程、观测器和电机的反电势等获得转子位置信息。
在第二种方法中，利用反电势过零点获得转子位置信息的“反电势法”简单可行，文中利用该方法设计了一种用于牙钻机的无位置传感器无刷直流电动机(简称牙钻电机)控制系统，并结合Labview 8. O完成对系统的测试及参数整定。
1反电势过零检测
反电势过零检测法是目前技术最成熟，实现******，应用****泛的转子位置检测方法。文献[1]指出在方波无刷直流电动机中，绕组反电势是正负交变的梯形波，当某相绕组的反电势过零时，转子直轴与该相绕组轴线重合。由图1可知，只要检测到各反电势的过零点，延迟30o电角度，就可获得对应的换相时刻，这就是反电势法检测无刷直流电动机转子位置换相工作原理。
本系统牙钻电机本体已将中线引出，所以利用位置检测电路便可以获得电机位置信号。图2为电机A相绕组位置检测电路，其余两相与A相同。
由于采用PwM方式，A中往往含有高频调制信号，影响电压比较器的正常工作，因此需要采用滤波器对端电压信号A进行滤波。图2中滤波参数决定着最后得到的方波信号能否准确地反映转子位置，所以设计时要格外注意。首先，保证滤波器的相移尽量小，图2中采用的滤波电路相移很小，对检测到信号影响也较小；其次，因元器件存在一定的误差，在选用R、c元件时，应保证三相对应的电阻和电容值差别很小，否则会引起三相滤波器的移相角不一致，从而对电机运行性能带来不利影响。
2控制原理
系统由电流反馈控制环及速度反馈控制环构成双闭环系统。电机转速通过单片机检测位置检测电路获得的转子位置信息日HA、HB、HC计算得到，系统的内环和外环均由单片机根据速度给定值与反馈值比较运算得到电流给定值，实际为对应的电机给定电压值。内环为电流环，对速度控制器的输出电流给定值与经采样电阻采样后送A／D转换得到的电流值，通过适当的PI算法，给出对应的PwM信号，实现电机调速。电机的转向控制由给定信号经单片机处理后控制对应开关管导通顺序，完成正反转功能。由于将M0sFET的实际电流采样情况送到单片机，当三相桥的运行电流超过给定值时，单片机可以灵活地进行保护控制。
系统选用c8051F320作为控制核心。该处理器是完全集成的混合信号系统级芯片(soc)，具有与8051兼容的高速cIP-5l内核(运算速度高达25MIPs)。拥有丰富的片内外资源，其上集成有A／D，可编程增益放大器；电压比较器、电压基准、温度传感器、SM Bus／12c、usB、uART、PcA及看门狗等。这些外设的高度集成，为设计小体积、低功耗、高性能的系统提供了极大的方便，同时可以大大降低系统整体成本。系统原理图如图3所示。
对于无位置传感器无刷直流电动机而言，在电机静止或转速很低的情况下，位置检测电路无法通过检测反电势过零点准确获得转子位置信息，因此需要采用一定的起动方法使电机运转到可以稳定获得反电势过零点的速度。由于牙钻电机转子惯量小，同时考虑成本及复杂程度，本系统采用一种开环起动技术完成 |
