基于Cortex-M3内核MCU的BLDCM控制器研究
来源： 作者： 发布时间：2015-04-06 11:25:15 浏览量：
考虑到可靠性，MOSFET逆变桥驱动电路采用集成器件IR2130。IR2130自身的工作电源电压的范围较宽(3～20 V)，并可对同一桥臂上下2个功率器件的栅极驱动信号产生2μs的互锁延时，能有效避免直通短路。
2．2 控制算法选择及检测处理方法
由LM3S615构建的控制器采用了电流内环、转速外环的双闭环控制策略。考虑BLDCM是一种自控式电机，MCU运算能力不比DSP，同时包括电机在内的全系统运行性能也受电机自身性能影响，所以ASR和ACR无需采用过于复杂的算法，这里两者均采用增量式PI算法，与位置式PI算法相比增量式PI算法不需要累加，控制器只输出增量，受误动作影响较小，控制增量仅与最近K次的采样值有关，容易通过加权处理而获得较好的控制效果。PI参数整定时可先固定积分环节为零，调节比例环节至系统响应稳定，然后再调节积分环节来改善系统的动态响应和静态稳定性能。
图3中三路霍尔信号经高速光耦隔离后再通过上拉电阻、非门、电容整形滤波后送至单片机，TIL117输入回路有一定输入电流需求，不能用霍尔信号直接驱动，光耦输出接反相器后恢复了原信号的逻辑状态。
对BLDCM母线电流的检测方法有传感器法和串电阻法等，用霍尔等传感器检测电流时线路相对复杂、成本较高，在被检电流较小时检测精度会受影响，母线串电阻法简单，但应注意控制电阻功耗。这里通过串电阻法检测母线电流，为降低电阻功耗并保证检测精度，选择了美国威世公司0．47 Ω检流用高精度小电阻，预计功耗不超过0．1 W。用导线从检流电阻两端引出，经滤波后接入图4所示电路，该电路是利用TI公司的宽带低噪音运放OPA842ID搭建的高输入阻抗差动放大电路，它能有效放大两路输入信号差值。差动电路输出送至MCU的ADC1通道进行10位A／D转换，图4为检流差动放大电路。
3 电机的开环软启动控制
在闭环条件下启动电机，因瞬时转速为零PWM占空比会达最大值，带载时可能因电机过流而启动失败模压电感器，为此采用开环启动方式，流程如图5所示。启动按键按下电机转子从当前位置准备启动，先读取转速设定值(n0)并设置一个占空比常数D1，首次通电占空比为5％，以后以5％步距递增直至启动结束。因起始占空比较小，不管转速设定是大还是小，空载还是带载，都会顺利启动，不会出现启动大过冲现象。启动过程中MCU会不断进行转速判断，当转差率小于0．2时切换至闭环(图5中n为实时转速)。
4 软件编制中的主要问题解决策略
系统软件除主程序外，主要有开环启动、A／D转换、速度一体电感器计算、增量PI、PWM生成、1602驱动、按键中断等子程序。TI给Stellaris(群星)系列MCU配备了完善的外设驱动库，片内外设使用和控制极为方便，外设驱动库中的API支持下可完全控制外设和快速开发应用程序而不需了解外设细节，这一特点可称为以后MCU应用的趋势。
对LCD1602驱动中用到的多个GPIO端口，其编程流程可归纳为：初始化(设置LDO输出电压，设置系统时钟)；外设(GPIO端口)使能；设置GPIO端口每一位的输入／输出类型(高阻输入、推挽输出、开漏输出)；读／写GPIO端口的状态。
4．1 按键控制
5个按键均要工作在中工型电感断状态，为实现良好控制编程时需注意两点：一是在主程序电感器生产中做好相应GPIO引脚的设置，具体工作按顺序为，使能按键所在GPIO端口、设置按键所在引脚为输入、设置按键在引脚的中断触发类型(边沿、电平)、使能引脚的中断、使能GPIO端口中断、使能处理器中断；二是注意在中断服务程序中读完中断状态后要清楚中断状态。
4．2 PWM驱动信号的产生
LM3S615的PWM模块功能非常强大，由3个PWM发生器模块和1个控制模块组成。控制模块决定PWM信号的极性，以及传递管脚。每个PWM发生器都有1个16位定时器和2个比较器，可以产生2路PWM。在PWM发生器工作时，定时器在不断计数并和两个比较器的值进行比较，可以在和比较器相等时或者定时器计数值为零、为装载值时对输出的PWM产生影响。在使能PWM发生器之前，要配置好定时器的计数速度、计数方式、定时器的转载值以及两个比较器的值，从原理图1可知PWM输出受ACR运算结果、过流判断结果、霍尔信号逻辑3个事件的影响。表1中霍尔逻辑组合和开关导通组合的对应关系应事先存储在存储器中以便每次确定PWM输出引脚时查表。
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