μC／OS-II在无刷直流电动机控制中的应用

陶  源，朱文

(重庆大学，重庆400030)

     摘要：设计了基于嵌人式实时操作系统IxC／OS II的无刷直流电动机转速电流双闭环控制系统。介绍了基于单片机dsPIC30F6010A的控制系统硬件结构，详细说明了μC／OS II任务的分配和设计。μ／OS—II简化了应用系统软件的设计，可读性强，便于维护和扩展功能。

    关键词：μC／OS-II；dsPIC30F6010A；无刷直流电动机；转速电流双闭环控制系统

    中图分类号：TM33  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2010)05—0031—03

0引言

    无刷直流电动机是一种正在快速普及的电机类型。它不用电刷来换向，而是使用电子换向，与有刷直流电动机和感应电动机相比，具有许多优点，如更好的转速转矩特性、快速动态响应、高效率、长寿命、运转元噪声、较高的转速范围等，广泛应用于家用电器、汽车、航空航天、消费品、医疗、工业自动化设备和仪器等行业。

    μC／OS II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、抢占式的嵌入式实时操作系统。μC／OS—II能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时l眭能优良和可扩展性强等特点。本文基于嵌入式实时操作系统μC／OS—II和单片机dsPIC30F6010A设计了一个无刷电动机控制系统。与传统的前后台程序不同，基于μC／OS—II操作系统的程序设计，将一个大的应用程序分解成多个任务来完成，能很大程度地降低控制系统开发难度，缩短软件开发周期。

1无刷直流电动机控制原理

    无刷电动机的换相是通过电子方式控制的。转子的位置由定子中嵌入的霍尔传感器检测，每当转子磁极经过霍尔传感器附近，它们就会发出一个高电平或低电平信号，表示转子的北磁极或南磁极正经过该传感器。根据三个霍尔传感器信号的组合，就能确定换相的精确顺序，给定子绕组通电，实现无刷电动机的旋转。常用120。电角度无刷直电动机换相顺序及转绕组通电情况如图1示。转子每转过60。电角度，其中一个霍传感器就会改变状态。完成一个电周期需要换相六次。而完成一个机械转动，要重复的电周期数取决于转子磁极对数。

2无刷电动机控制系统设计

    无刷电动机转速电流双闭环控制系统框图如图2所示。外环为转速环，内环为电流环。转速环经PID运算后，为电流环提供电流给定。电流环再经PID运算，控制PWM占空比输出，调节电机的转速向给定速度变化。电流环的执行频率要比转速环高。

    本硬件系统主要由微控制器、M0sFET三相逆变桥电路、功率驱动电路、检测电路和保护电路构成，图3为无刷电动机控制系统硬件框图。dsPIc30F610A是一款专门为嵌入式电机控制应用设计的Mcu，具有输入电平变化通知引脚、电机控制专用PwM模块、PwM故障引脚FLTA，可同时采样最多4路的ADc、串口等外设。cNl3、cNl4、cNl5为输入电平变化通知(cN)引脚，当霍尔传感器信号的电平发生变化时，产生电平变化通知中断，捕捉无刷电动机霍尔传感器信号。PwMlH～PwM3L可实现6个独立或3对互补PwM输出，驱动M0sFET三相逆变桥电路，控制绕组上施加的电压，改变电机的转速。无刷电动机在任意换相时刻，只有两相绕组通电，故只需要一路电流采样电路。但这种电流采样为母线电流采样，需要在PwM高电平的中点采样电流值，才能得到较准确的相电流值。绕组电流流经采样电阻，产生的电压降经运放放大，一路输入到ADc模块的输入通道AN3，进行电机相电流采样，一路与设定****电流进行比较后，连接到PwM故障引脚F册A，实现电机的过流保护。

为了提供速度给定，将一个电位器连接到ADc的一个输入通道AN2。两个开关用来控制电机的起停和正反转。串口用来传送嵌入式实时操作系统的任务运行状态和电机速度信息给上位机显示。

3基于μC／0s—II的软件设计

3．1μC／os—II在dsPIc30F石010A上的移植

在μc／0s—II移植过程中，与应用程序有关的文件是os—cFG H和INcLuDEs．H，与处理器有关的文件有Os_CPU H、0s_CPU—c.c、os_cPll-A．AsM。

 &nb