位工業(yè)級(jí)通用單片機(jī)-應(yīng)用筆記an spmc

V1.1-Nov23,19,InnovationFirstRoadScienceParkHsin-Chu 300:886-3-578-6005Fax:886-3-578-4418E- 術(shù)文件及規(guī)格為之版本。若因貴公司使用本公司之文件或產(chǎn)品，而涉及第三人之專(zhuān)利或著作權(quán)等智能財(cái)之應(yīng)用及配合時(shí)，則應(yīng)由貴公司負(fù)責(zé)取得同意及，本公司僅單純販?zhǔn)郛a(chǎn)品，上述關(guān)于同意及，非屬本公司應(yīng) 頁(yè)工作原 硬件設(shè) 位置偵 軟件說(shuō) 軟件說(shuō) 構(gòu) 程序范 程序范 實(shí)驗(yàn)測(cè) 控制信 轉(zhuǎn)速調(diào) 電流波 系統(tǒng)響 參考文 工作原所引起的噪聲、火花、電磁干擾、短等一系列弊病。由于直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能如圖1－1所示。主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5－24KHz調(diào)制波的對(duì)稱(chēng)交變矩形N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°H3、H2、H1，從而產(chǎn)生有效的六狀120度的算法驅(qū)動(dòng)IPM的內(nèi)置從而來(lái)驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。對(duì)信號(hào)的010、011、001、101、100110六種狀態(tài)，所以可以根據(jù)這六種位置狀態(tài)信息來(lái)分配的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在這里我們優(yōu)先選用了的上橋臂用分配信號(hào)，下橋臂分配高低電平的驅(qū)動(dòng)方式，所以我們可以通過(guò)改變上橋臂的占空比來(lái)改變加在直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)上的端電壓。信號(hào)分配和位置關(guān)系如圖1－2所示。1－2其中：V1、V2、V3、V4、V5V6表示組成的三相全控橋電路，上橋V1、V3V5三個(gè)功率管，下橋V2、V4V6三個(gè)功率管，分別控制這U、V和W三相直流電的流向1－1所示連接方式。H1、H2和H3是霍爾傳感器的三個(gè)信號(hào)出線。V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2的順序來(lái)?yè)Q流的話(huà)，那幺我們可以同樣根據(jù)位置信號(hào)給出反轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的換流H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。具體電機(jī)的相序一定要搞清on/offU、V、W三相線圈，而在直流1－3所示，了在控制信號(hào)的作用下各相的電壓、電流方向的旋轉(zhuǎn) 角UVW方1－3在控制功率組件的信號(hào)中加入，調(diào)整的占空比，即輸出的Duty，使得調(diào)整輸入電動(dòng)機(jī)的端電壓的大小，進(jìn)而控制直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其中控制信號(hào)的加入有四種方式：上相 圖 硬件設(shè)此方案將選16位變頻SPMC75F2413A和功率器件智IPM，結(jié)合基本的驅(qū)動(dòng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三分。各部分的框圖如圖2－1所示，硬件電路原理如圖2－2所示。AC220V2－1SwitchingPower2－22－3SPMC75F2413A可以通過(guò)Probe來(lái)連接內(nèi)嵌 智能模塊IPM（In 護(hù)、溫度保護(hù)一應(yīng)俱全）大大提高了系統(tǒng)的可靠性。如圖2－4所示，IPM電氣連接圖。

2 4

VV

P

N

C41

2－4IPMIC8：IPMC31、C35、C37C41：故障脈寬定時(shí)電容（陶瓷材料）0.022uF/50VC42:去耦電容0.22uF/50VC43:控制電源濾波電容33uF/35VC47:短路采樣RC濾波3300pFR460.082?為了保護(hù)MCU微控制器部分這里實(shí)施了高壓直流IPM部分和MCU部分的電氣 行的穩(wěn)定和可靠性，控制系統(tǒng)和IPM之間用光耦來(lái) 驅(qū)動(dòng)。如圖2－5光 圖2－5 其中：光耦兩邊必須使用不同的電源才能達(dá)到的效果，否則不能起到電氣的作用。光耦建出錯(cuò)，硬件會(huì)自動(dòng)的立即切斷送往IPM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)向MCU申請(qǐng)中斷。只有故障消除以后，MCU重新使能信號(hào)的輸出才能使IPM再次的工作起來(lái)。如圖2－6硬件保護(hù)電路。2－6其中：IC1574HC373，IC474HC00就是選用了帶有霍爾傳感器的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。如圖2－7霍爾傳感位置偵測(cè)電路原理圖的設(shè)計(jì)。 MHALL-321

2

HALL1 1 2－7PID控（Proportion（Integralu(t)Kp[e(t)1te(t)dtTd]

（Ti u(t――)――Kp―― Td――比例部分的數(shù)學(xué)式表示是：Kp*也越容易產(chǎn)生振蕩。故而，比例系數(shù)Kp選擇必須恰當(dāng)，才能過(guò)渡時(shí)間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。

tTit積分時(shí)間Ti對(duì)積分部分的作用影響極大。當(dāng)Ti較大時(shí)則積分作用較弱，這時(shí)系統(tǒng)在過(guò)渡時(shí)不會(huì)產(chǎn)生振蕩；但是消除偏差所需的時(shí)間也較長(zhǎng)。當(dāng)Ti較小時(shí)，則積分的作用較強(qiáng)，這時(shí)系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間中有可能微分部分的數(shù)學(xué)式表示是：Kp*Td微分部分的作用由微分時(shí)間常數(shù)Td決定。Td越大時(shí)，則它抑制偏差e(tTd越小時(shí)，則它反抗偏差e(t)變化的作用越弱。微分部分顯然對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定有很大的作用。 e(k)e(ku(k)Kp[e(k) e(j)

（ u(k)――k次采樣周期的輸k ――在上式（3.2）e(k)e(ke(k Tu(k)Kp[e(k) e(j)Tj

e(k （在上式（3.3）KiKpTiKdKp*kku(k)Kp*e(k)Ki*T

e(j)T

e(k （k為了避免在求取控制量u(t時(shí)對(duì)偏差求和運(yùn)算e(j，在實(shí)際應(yīng)用中通常采用增量式u(tu(ku(ku(kk u(k-1)Kp*e(k1)Ki*Te(j)j

e(k （Te(k)e(k)e(ke(k1)e(k1)e(ku(k)Kp[e(k)e(k1)]Ki*T*e(k)Kd[e(k)2e(k1)e(kT

（u(k)Kp{[e(k)e(k1)]

e(k)Td[e(k)2e(k1)e(kT

（TTi0.5TuTd0.125Tuu(k)Kp[2.45e(k)3.5e(k1)1.25e(k

（軟件說(shuō)BLDC驅(qū)動(dòng)的一般算法：120度上相驅(qū)動(dòng)帶霍爾位置傳感的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)并應(yīng)用PID控制來(lái)進(jìn)行對(duì)CCDMCMotor1Start和Motor1Stop控制啟停原形void描述無(wú)輸出參 頭文 庫(kù)文 注意事 用IOB14；DMC的UART通信占用Channel2（IOC0-RXDTXD BLDC_Motor_Startup(原形描述無(wú)輸出參 頭文 庫(kù)文 中斷（TCV）中調(diào)用，可以讓BLDC以爬坡的方式來(lái)啟動(dòng)。 BLDC_Motor_Normalrun(原形voidBLDC_Motor_Normalrun描述無(wú)輸出參 頭文 庫(kù)文 BLDC_Motor_Actiyator( void BLDC調(diào)速控制，包括對(duì)IPM的充電、滑動(dòng)濾波、PID調(diào)節(jié)及 輸出參 頭文 庫(kù)文 根據(jù)電機(jī)的最高速度調(diào)用頻率可以略有差別，程序中可以使用512Hz來(lái)調(diào)節(jié)。 void 輸出參 頭文 庫(kù)文 注意事 IPM_Fault_Protect(原形void描述無(wú)輸出參 頭文 庫(kù)文 輸出管腳將會(huì)置為髙阻態(tài)，必須在IRQ0中調(diào)用。 BLDC程序范#include"Spmc75regs.h"#include"Spmctypedef.h"#include"Spmc75_BLDC.h"{PIOASPE->W=0x0000;PIOBSPE->W=0x0000;P_IOC_SPE->W=Spmc75System {BLDCRunService(); }}//Description:IRQ0interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ0(void) voidIRQ0(void){IPMFault}//Description:IRQ1interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ1(void) voidIRQ1(void){/*Positiondetectionchangeif(PTMR0Status->B.PDCIF&&PTMR0INT->B.PDCIE){BLDCMotor}/*TimerCounterSunplusTechnologyCo., PAGE V1.1–Nov.23,{BLDCMotor}PTMR0Status->W=PTMR0Status-}//Description:IRQ6interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ6(void) voidIRQ6(void){if(PINTStatus-{ if(PUARTStatus->B.TXIF&&PUARTCtrl-}}//Description:IRQ7interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ7(void) voidIRQ7(void){{if(PCMTCtrl->B.CM0IF&&PCMTCtrl-{BLDCMotor}P_CMT_Ctrl->W=P_CMT_Ctrl-}}CMT0的定時(shí)中斷。如圖5－1所示主程序設(shè)計(jì)流程圖。始5-1BLDC故障輸入、輸出短路、PDC、TCV、RXDCMT0BLDC的啟動(dòng)、運(yùn)行、速這里只對(duì)PDC、TCV中斷流程示出，以便使用者參考。如圖5-2PDC、TCV中斷操作流程中PDC中斷維持維持BLDC正常運(yùn)行中斷服【API：BLDC_Motor_Normalrun（）TCV啟動(dòng)、低速 務(wù)函【API：BLDC_Motor_Startup（）中斷出5-2PDC、TCVMCU使用crystal有無(wú)MCP3：BLDC電機(jī)控剩余IO及處理方主控應(yīng)用crystal有無(wú)MCP3：BLDC電機(jī)控剩余IO及處理方主控應(yīng)用實(shí)驗(yàn)測(cè)測(cè)試主要是針對(duì)120度上相 W5：IOB3/W1V3：IOB4/V1U1：IOB5/U1H2：IOB9/TIO0B－1所示，正轉(zhuǎn)時(shí)120度上相 信號(hào)測(cè)試和圖7－2所示，反轉(zhuǎn)時(shí)120度上相 圖7－1正轉(zhuǎn)時(shí)120度上 從測(cè)試的信號(hào)波形可以看出在正轉(zhuǎn)時(shí)位置偵測(cè)和控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：010（H3H2H1）V6－V1、011（H3H2H1）V5－V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2。圖7－2反轉(zhuǎn)時(shí)120度上 從測(cè)試的信號(hào)波形可以看出在反轉(zhuǎn)時(shí)位置偵測(cè)和控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：001（H3H2H1）V1－V2、011（H3H2H1）V2－V3、010（H3H2H1）V3－V4、110（H3H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。 圖7－3120度前 BLDC端電壓的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行調(diào)速，所以我們可以測(cè)得在不同速度下的占空比的情況。7－4所示BLDC1000rpm時(shí)的情況和圖7－5所示BLDC工作在3200rpm時(shí)的情況。圖7－4BLDC工作在1000rpm時(shí) 從測(cè)試的波形我們可以看出BLDC工作在1000rpm時(shí)： 脈沖的髙電平H 平 )*＝22us/124us*100%＝17.74%圖7－5BLDC工作在3200rpm時(shí) 從測(cè)試的波形我們可以看出BLDC工作在3200rpm時(shí)： 脈沖的髙電平H 平 )*＝94us/126us*100%＝74.6%用電流探頭對(duì)BLDC工作時(shí)的電流進(jìn) 的載波為6KHz。這里對(duì)電流的測(cè)試 7－6由于用PID來(lái)對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以我們可以通過(guò)