基于FSAM50SM60A的無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計

摘 要：本文介紹了以R5F21346FKFP為主控芯片，F(xiàn)SAM50SM60A為功率驅(qū)動芯片的無刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計，具體分析系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理，軟件架構(gòu)和算法，及測試數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：R5F21346FKFP;FSAM50SM60A;無刷直流電機(jī)

無刷直流電機(jī)（BLDCM）通過電子換向裝置代替有刷直流電機(jī)（BDCM）機(jī)械換向裝置，換向靈活，效率高，電磁輻射小，電機(jī)的使用壽命增長。本文設(shè)計了以R5F21346FKFP為控制芯片，F(xiàn)SAM50SM60A為功率驅(qū)動芯片的無刷直流電機(jī)控制器。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

無刷直流電機(jī)控制器的硬件電路由MCU電路、信號檢測處理電路、功率驅(qū)動電路及電源電路組成，系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖1所示。MCU電路輸出PWM信號控制功率驅(qū)動電路，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，信號檢測電路將電機(jī)電流、轉(zhuǎn)子位置及溫度信號反饋至MCU電路，形成電機(jī)的閉環(huán)控制。

無刷直流電機(jī)的功率驅(qū)動一般選擇全橋式驅(qū)動電路，如圖2所示，功率管兩兩導(dǎo)通，即任意時刻電機(jī)繞組僅兩相導(dǎo)通，第三相懸空。ECU產(chǎn)生PWM信號，控制切換功率管導(dǎo)通與截止。

本文選用FSAM50SM60A作為無刷直流電機(jī)的驅(qū)動芯片。FSAM50SM60A屬于一款智能功率模塊，內(nèi)部集成三個IGBT驅(qū)動電路、三個Sense-IGBT驅(qū)動電路及高壓集成電路，具有欠壓、過壓和過流保護(hù)功能。FSAM50SM60A芯片內(nèi)部集成度高，便于簡化外部電路，適用于中低功率直流電機(jī)的功率驅(qū)動。FSAM50SM60A功率驅(qū)動電路原理如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

電機(jī)反饋電流采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度對電機(jī)的閉環(huán)控制影響較大，本文采用變加權(quán)中值濾波法對反饋電流值進(jìn)行濾波處理。除去最大值和最小值去移動均值，并改變?yōu)V波權(quán)重，保留有效值，將前一次的濾波數(shù)據(jù)迭代到本次運(yùn)算，降低電磁噪聲的干擾。

電流PID控制的流程圖如圖5所示。采集無刷電機(jī)的實(shí)際電流，計算出實(shí)際電流與目標(biāo)電流的差值，對電流偏差值進(jìn)行積分運(yùn)算，對無刷電機(jī)的電流進(jìn)行PID控制，產(chǎn)生控制電機(jī)的PWM信號。為了保護(hù)無刷電機(jī)，需對輸出PWM信號進(jìn)行限幅處理。為避免電流偏差積分量飽和，使輸出量響應(yīng)滯后，對電流偏差積分量進(jìn)行限幅處理。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，測量電機(jī)的實(shí)際電流，測試電機(jī)的實(shí)際電流跟隨目標(biāo)電流的性能。測試數(shù)據(jù)如圖6所示，實(shí)際電流在25ms以內(nèi)可以達(dá)到最大值，電機(jī)響應(yīng)速度快;實(shí)際電流比目標(biāo)電流達(dá)到最大值的時間落后8ms，在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。

4 總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了無刷直流電機(jī)的閉環(huán)PID控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明控制器穩(wěn)定性好、控制精度較高，具有一定的應(yīng)用價值。

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基金項(xiàng)目：

本文系基于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級科研項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號：XJKC031722）。

作者簡介：

侯麗娟（1986—），女，漢族，山東菏澤人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究領(lǐng)域：嵌入式和控制工程。