基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制方法

摘 要 基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制方法是根據(jù)單片機(jī)特點，充分利用其低功耗、高性能、可編程和存儲的特點，設(shè)計合理的控制電路和控制軟件，以提高永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用效果，在本文中筆者對電機(jī)控制的具體電路設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并對軟件設(shè)計部分提供一定的設(shè)計思路，希望能夠?qū)趩纹瑱C(jī)的永磁同步電機(jī)控制方法的設(shè)計者有所幫助。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 永磁同步電機(jī) 控制方法

永磁同步電機(jī)具有非線性的特點，針對此類強(qiáng)耦合特性的控制比較復(fù)雜，如何實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)的控制，拓寬永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，成為基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)者的共同目標(biāo)。單片機(jī)對永磁同步電機(jī)的控制具有高性能、低功耗的特點，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對信號采集、通訊以及算法等功能的實現(xiàn)，而且能夠有效的改善對永磁同步電機(jī)的控制性能，拓寬了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，如下我們將對基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行探討，希望能夠?qū)μ岣呋趩纹瑱C(jī)永磁同步電機(jī)設(shè)計水平有所幫助。

1 系統(tǒng)控制原理

1.1 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)

永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分之一就是對控制系統(tǒng)變頻性能的控制，控制系統(tǒng)主要是通過電壓矢量的脈寬調(diào)制來實現(xiàn)對IGBT的時間進(jìn)行動態(tài)控制，空間磁場控制是永磁同步電機(jī)控制的核心方式，根據(jù)電子轉(zhuǎn)矩的控制來測定電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及定子電流。

1.2 電壓空間矢量的脈寬調(diào)制

在永磁同步電機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，電壓空間矢量的脈寬調(diào)是一項應(yīng)用比較成熟的技術(shù)，能夠極大的提升對直流電的利用效率。在永磁同步電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，電流會降低很多，為了能夠很好的利用前端電源，可以采用三相對稱電壓進(jìn)行供電，確保電機(jī)的正常工作。除此之外通過改變電壓空間矢量能夠?qū)崿F(xiàn)對頂點圓形移動軌跡的控制，從而實現(xiàn)對IGBT驅(qū)動時間的控制。

2 系統(tǒng)控制構(gòu)成

基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)包含核心控制器、定子電流檢測功能以及智能控制模塊這三項核心部分，針對三項內(nèi)容的控制都需要單片機(jī)的控制來實現(xiàn)。

2.1 單片機(jī)控制器

單片機(jī)控制機(jī)具有低功耗、高性能的特點，能夠在不同核之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且運(yùn)行速度快，代碼密度相對比較簡單，相比其它控制方式能夠節(jié)省將近50%的代碼空間。單片機(jī)的功耗方面比較低，相同頻率下能夠減少30%，而且能夠根據(jù)實際需求設(shè)置單片機(jī)的狀態(tài)，例如設(shè)置待機(jī)模式、工作模式等狀態(tài)。單片機(jī)具備通信、定時器、IO接口等多個通道，能夠為使用者提供測試評估工具等便于設(shè)計者使用。

2.2 硬件系統(tǒng)主電路

系統(tǒng)主電路是交流變直流再變交流的一個逆變過程，在整流的一側(cè)通過采用二極管來實現(xiàn)切斷，控制方法比較簡單，功率因數(shù)能夠達(dá)到0.9。因單片機(jī)控制的永磁同步電機(jī)對于體積和諧波等有一定的要求，采用整合的方式來精簡體積，通過三相橋式電路實現(xiàn)對IGBT的控制和保護(hù)功能。除此之外還設(shè)有過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能，有效的提高了系統(tǒng)主回路的可靠性。之后將整流后的直流逆變?yōu)殡姍C(jī)需要的高頻交流電源為永磁同步電機(jī)供電，系統(tǒng)主電路圖如圖1所示。

為確保永磁同步電機(jī)的安全運(yùn)行，還要在系統(tǒng)主電路中設(shè)置電流檢測電路，采用高可靠性的控制方法來實現(xiàn)對主回路的控制。在永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)中最常見的是無線控制技術(shù)，該系統(tǒng)可以不通過位置傳感器的控制來進(jìn)行信息反饋，通常可以選擇磁鏈觀測器來達(dá)到監(jiān)測信息，詳細(xì)的說，我們可以通過電機(jī)繞組來對電機(jī)定子的電壓、電流檢測來對電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。對于永磁同步電機(jī)的三相電流的數(shù)據(jù)采集可以通過A/D轉(zhuǎn)換通過進(jìn)行檢測，根據(jù)三相電特性我們只需檢測其中兩項分流的電阻便能夠達(dá)到目標(biāo)，電流采樣之前要確保下橋臂處于閉合狀態(tài)；為了能夠?qū)崿F(xiàn)可利用時間采樣，要對下橋臂閉合時間達(dá)到頂峰狀態(tài)時進(jìn)行取樣；由于不同橋臂的變化會產(chǎn)生一定的電磁干擾，所以在橋臂打開的以后需要經(jīng)過一定時間的穩(wěn)定期來進(jìn)行測試；對于多項電流采樣必須要經(jīng)過單片機(jī)能夠?qū)θ珪r段的電流值進(jìn)行讀取。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)離不開軟件的控制，軟件控制包含有程序控制、主程序以及中斷服務(wù)等核心部分組成。在單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)之后，每次進(jìn)行系統(tǒng)初始化之前都會在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行狀態(tài)檢測，之后再開啟中斷來關(guān)閉系統(tǒng)的主程序，軟件系統(tǒng)在完成所有的中斷步驟之后，系統(tǒng)便開始執(zhí)行終端服務(wù)程序，之后系統(tǒng)便能夠?qū)崿F(xiàn)重新復(fù)位。

3 結(jié)束語

基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)是一項實用、智能的系統(tǒng)，通過單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)變頻器進(jìn)行控制，此系統(tǒng)充分的利用了單片機(jī)強(qiáng)大的計算能力和高度集成，極大的簡化了永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

謝統(tǒng)輝（1982-），男，廣東省中山市人。現(xiàn)為中山市技師學(xué)院講師。研究方向為智能家用電器、電工電子、制冷技術(shù)等。

作者單位

中山市技師學(xué)院 廣東省中山市 528429