无逻辑换相器件的BLDCM稳速控制
张庆超，马瑞卿
（西北工业大学自动化学院，西安710072）
摘要：针对一种小功率无刷直流电动机( BLDCM)，采用转速闭环控制方法，充分利用C8051F320单片机( MCU)的I/O及外设功能，实现了无数字逻辑器件换相的单片机的BLDCM的稳速控制，并对这种控制方法中出现的问题及解决方法进行了详细的分析。
关键词：单片机；BLDCM；稳速
中图分类号：TM36 +1 文献标志码：A 文章编号：1001-6848(2010)07-0077-04
O引 言
通常实现无刷直流电动机( BLDCM)电子换相的方法一般有以下几种：
② 用可编程的逻辑器件（如CPLD或GAL器件）；
②利用门电路搭建换相逻辑电路；
③利用专用控制芯片；
④利用DSP中的事件管理器模块或****单片机中的专用控制模块。
而可编程的逻辑器件或门电路会增加控制器结构复杂程度，专用控制芯片只能适用于有限的应用范围，使用DSP或****单片机会增加控制器的成本。因此，设计一种利月普通单片机即可实现电子换相的结构简洁、低成本无刷直流电动机控制器就具有其实际的应用意义，本文基于此思想设计了一种无数字逻辑器件换相的单片机稳速控制器，并对其软硬件设计及试验结果进行了详细的分析。
l控制器硬件设计
1.1系统总体结构框图
BLDCM无数字逻辑换相器件的稳速控制的主要思想是以普通单片机为控制核心，无需附加额外数字电路，完成电机的测速、换相、斩波及控制算法的实现，考虑到所用无刷直流电动机的功率及额定电压都较小，故在系统中对控制电路与功率变换电路采用了非隔离的电气连接方式，系统结构框图如图1所示。
图l中，单片机选用C8051F320，其内核为51系列单片机，而驱动电路采用驱动芯片IR2130，功率变换器采用三相桥式逆变器，电机绕组采用星形连接方式，工作于两相导通三相六状态模式。直流母线过压、欠压保护利用电阻分压网络及C8051F320自带的两个比较器实现，过流保护通过采样主功率电路负压侧串联的小阻值电阻两端电压，经IR2130内部运放放大后送入其ITRIP引脚，当电压大于内部0.5 V基准时，FAULT引脚变为低电平，以此作为输入单片机的过流中断指示信号，并由单片机软件实现过流保护。
2软件设计
2.1控制策略
控制器稳速控制采用转速闭环控制策略，辅以过压、欠压、过流保护，为了使启动时电流不至过大，在转速进入闭环之前对电机采用软起动，逐渐增加PWM波占空比，让电机电压与转速平稳上升，最终进入转速闭环程序，使电机稳定运行于系统给定的转速之上[3]。
单片机主程序流程图如图2所示，软起动程序流程图如图2虚线部分所示。
2.2转速闭环
转速闭环通过捕获中断服务子程序完成，其包括测速和PI算法两部分，程序流程图如图3所示。
电机转速的检测是利用C8051F320中的捕捉模块捕捉一相Hall信号的上升沿来触发中断，进入捕获中断服务子程序后，再用定时器对Hall信号两个上升沿之间的时间计时，则电机转速可由下式计算：
式中，n为电机计算转速，p为极对数（本系统所用的永磁无刷直流电动机为6对极），ΔT为定时器测得两个上升沿之间的时间。
PI控制算法：利用上式计算的结果作为PI算法每一拍所求的电机实际转速反馈值，PI调节采用增量式PI算法，只需前盾两拍的反馈值即可实现电机稳速控制，该方法简单、可靠，在此不再祥述。
2.3编程关键问题及解决方法
(1) PWM波的产生
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