基于單片機的直流電機控制

【摘要】 近幾年，單片機、DSP 等微處理器為核心的數(shù)字系統(tǒng)取代模擬系統(tǒng)，成為電機的主流控制系統(tǒng)。本文主要對基于單片機的無刷直流電機控制進行研究，提出模糊PID控制策略，對硬件電路的設(shè)計和控制軟件的開發(fā)，使其能夠良好的結(jié)合。

【關(guān)鍵詞】 單片機 直流電機 控制系統(tǒng)

直流電機的制動、啟動和調(diào)速性能十分良好，因此得到了廣泛的應(yīng)用。單片機可采用脈沖計數(shù)采樣測速，通過脈寬調(diào)制控制直流電機轉(zhuǎn)速，對轉(zhuǎn)速進行精確的測量和控制?；诖?，本文采用STC89C52單片機作為控制核心，設(shè)計出無刷直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)。

一、無刷直流電機及調(diào)速控制原理

直流電動機比交流電動機的調(diào)速性能更好，但是直流電動機會由于機械換向器產(chǎn)生噪聲、火花、電磁干擾等。目前常用的控制方式為PID控制。模糊PID控制是由模糊控制與PID控制相結(jié)合產(chǎn)生的，是一種比傳統(tǒng)PID控制抗干擾能力更強、魯棒性更好的控制方式。模糊PID控制由于在常規(guī)PID控制中加入了模糊控制，不再依賴于被控對象的數(shù)學模型，所以在一定程度上簡化了系統(tǒng)的設(shè)計，提高了系統(tǒng)的抗擾性與適用范圍。

二、無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計

本文采用了一種STC系列單片機作為主控制芯片。BLDCM控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩個部分，它們分別為控制系統(tǒng)的硬件部分和控制系統(tǒng)的軟件部分。硬件設(shè)計包括控制電路、驅(qū)動電路及保護電路的設(shè)計等，軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計、中斷子程序設(shè)計等。圖1為 BLDCM控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

三、無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1主控制電路

由于DSP價格非常昂貴，對產(chǎn)品的價格產(chǎn)生影響，本設(shè)計選用STC89C52 單片機為主控制芯片。這種單片機控制不僅具有MC33035控制芯片的所有功能，而且還能夠通過軟件編程的方式對系統(tǒng)實現(xiàn)多功能控制，并且運用這種控制芯片的系統(tǒng)在可靠性上得到了保障。控制芯片STC89C52 各個引腳的介紹如下：

1～8腳：通用I/O接口p1.0～p1.7；

9腳：RST復位鍵；

10～17：I/Op3接口（10，11腳：RXD串口輸入TXD串口輸出；12，13腳INT0中斷0，INT1中斷1；14，15：計數(shù)脈沖T0、T1；16，17：WR寫控制RD讀控制輸出端）；

18，19：晶振諧振器；

20：地線；

21～28P2接口：高8位地址總線；

29：PSEN片：外rom選通端單片機對片外rom操作時29腳（PSEN）輸出低電平；

30：ALE/PROG地址鎖存器；

31：EArom取指令控制器：高電平片內(nèi)取，低電平片外??；

32～39：P0.7～P0.0；

40：電源5V。

2、驅(qū)動電路。我國三相橋式功率開關(guān)管主要選用N溝道場效應(yīng)管，即上橋、下橋全部使用NMOS功率管，常用的實現(xiàn)方法有三種：一種是采用國際整流器公司的IRZ130、2133等專用驅(qū)動芯片，外加一個隔離二極管和自舉電容獲得高于供電正極12～15V的電源；二種是采用通用的雙極型三極管驅(qū)動，模擬驅(qū)動專用芯片獲得12～15V的電源；三種是采用專門電路，產(chǎn)生供電正極10～15V的電源。美國IR公司生產(chǎn)的IR2110系列驅(qū)動器芯片，不僅具有光耦隔離也就是體積小的優(yōu)點同時也還具有電磁隔離也就是速度快的優(yōu)點，這是一種常用于中小功率變換裝置中的驅(qū)動芯片，本文選用了IR2110s作為驅(qū)動芯片。

3、DC 電源電路 。在系統(tǒng)中，LM358，IR2110s驅(qū)動電路需要使用15V電壓供電，而單片機系統(tǒng)，霍爾傳感器使用5V電壓，本文是采用了一種24V 的DC開關(guān)電源供電，所以需要將其轉(zhuǎn)換成5V電壓、15V電壓。

4、電流檢測電路。電流檢測的方法包括電阻采樣法、磁敏電阻法以及霍爾電流傳感器法等。在綜合考慮系統(tǒng)成本與性能的情況下，雖然電阻采樣法相對與其他兩種方法精度有點低，但相應(yīng)的降低了成本，所以本文采用了電阻采樣法。電阻采樣法電流檢測的原理是：在控制系統(tǒng)母線上和地線之間串聯(lián)上一個已知小電阻，然后檢測電阻兩端的壓降，根據(jù)歐姆定理可以算出電流值。

四、無刷直流電機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序主要完成以下功能：首先是系統(tǒng)的初始化，其次是檢測是否發(fā)出電機啟動命令，接到啟動命令后通過PID 算法緩慢增加PWM端口輸出信號的占空比，使電機緩慢啟動，最后檢測是否發(fā)出電機轉(zhuǎn)速調(diào)整命令，保證電機跟隨給定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。

五、結(jié)語

本文設(shè)計了基于STC89C52單片機的無刷直流電機的控制系統(tǒng)，基于模糊PID控制策略，對系統(tǒng)軟硬件進行設(shè)計。