摘要：本文介紹了一個(gè)無(wú)傳感器BLDC（無(wú)刷直流電機(jī)）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，該系統(tǒng)以Motorola的MC68HC705MC4作為控制芯片。并詳細(xì)討論了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、無(wú)位置傳感器系統(tǒng)的控制算法和控制程序的各主要功能輸送管模塊。
關(guān)錘式打砂機(jī)鍵詞：無(wú)傳感器；PWM；BLDC　

近年來(lái)，電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了電機(jī)行業(yè)新的革命。無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）具有無(wú)換向火花、無(wú)無(wú)線電干擾、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便等有點(diǎn)，而且不必為一般無(wú)刷直流電機(jī)所必須的位置傳感器帶來(lái)的對(duì)電機(jī)體積、成本、制造工藝的較高要求和抗干擾性差問(wèn)題而擔(dān)懸掛輸送機(jī)憂，因此應(yīng)用前景廣闊。

國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)已進(jìn)行了多年的研究，提出過(guò)不少環(huán)錘式破碎機(jī)方案。本文所述的方案，是建立在電機(jī)定子繞組反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)原理的基礎(chǔ)上。

1. 無(wú)傳感器振動(dòng)清理篩BLDC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成立軸破碎機(jī)本低。

2. 系統(tǒng)控制程序TZDC系列振動(dòng)篩電機(jī)設(shè)計(jì)與討論

2.1 加料機(jī)控制算法

控制算法有兩大傾角波狀擋邊輸送機(jī)種：

第一種方法是通過(guò)計(jì)算基于相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的轉(zhuǎn)換事件。這種方破碎機(jī)輸送機(jī)法的不足之處在于：對(duì)反饋信號(hào)的任何干擾，都可能引起扭矩波動(dòng)和電機(jī)停轉(zhuǎn)。

為了克服如上問(wèn)題，提出了第二種方法。在這種方法中，電機(jī)按同步電機(jī)方式運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的操作電壓保證反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)換一致，相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)將可以保證在一時(shí)間段內(nèi)，不需要計(jì)算下一個(gè)轉(zhuǎn)換事件，而是直接基于對(duì)反電動(dòng)勢(shì)的檢測(cè)進(jìn)行處理。所以這是一個(gè)更加穩(wěn)定的運(yùn)算法則（在有反饋干擾信號(hào)的情況下），使電機(jī)不會(huì)停轉(zhuǎn)，采用這種運(yùn)算法則，粉料螺旋輸送機(jī)電機(jī)速度變化很小。下面簡(jiǎn)要介紹這一算法的控制流程。

（1管式螺旋輸送機(jī)）補(bǔ)償階段

在電機(jī)啟動(dòng)前，兩相通電的時(shí)候，存在一個(gè)很短的時(shí)間（取決于電機(jī)的時(shí)間常數(shù)），在該時(shí)間內(nèi)，電流控制器保證電流在預(yù)定義的范圍內(nèi)，以產(chǎn)生高的啟動(dòng)大傾角皮帶提升機(jī)扭矩。

（2）抖沖擊式制砂機(jī)動(dòng)階段

經(jīng)過(guò)補(bǔ)償階段，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)和抖動(dòng)直至達(dá)到工作速度。電流控制器保煤矸石粉碎機(jī)證電流不超過(guò)最大值。

反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)技術(shù)使得無(wú)需傳感器就可識(shí)別轉(zhuǎn)子的位置，然而起始階段不能有這種反饋。這是因?yàn)楦袘?yīng)電壓的大小與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，因此，在速度很低時(shí)反電動(dòng)勢(shì)不能被檢測(cè)，而要執(zhí)行一個(gè)特殊的啟動(dòng)算法。

（3）穩(wěn)定期

在穩(wěn)定期，電機(jī)以恒定的速度運(yùn)行。在與反電動(dòng)勢(shì)同步之前，電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變。

（4）PLL的獲得階段

關(guān)閉電流控制器，開(kāi)啟過(guò)電流檢測(cè)，由一個(gè)電壓源給電機(jī)供電，減小PWM頻寬比，直至幾個(gè)過(guò)零點(diǎn)在目標(biāo)時(shí)間段（90°<α>180°）內(nèi)被檢測(cè)到。

（5）正常運(yùn)行階段

要進(jìn)入這一階段，必須滿足下列條件：

1） 過(guò)零事件必須在時(shí)間段內(nèi)（90°<α<180°）被檢測(cè)到若干次；
2） 電流尖峰必須限制在一定范圍內(nèi)。

接下來(lái)，通過(guò)控制相電壓，PLL控制器保證正確的相變角度，電機(jī)以適當(dāng)?shù)墓β蔬\(yùn)行，并不停地進(jìn)行電流檢測(cè)、過(guò)電流檢測(cè)和電機(jī)停轉(zhuǎn)檢測(cè)。

2.2控制程序的主要功能模塊

控制程序被分成幾個(gè)主要功能模塊：初始化、啟動(dòng)、主程序和中斷服務(wù)程序。幾個(gè)子程序在這些模塊中調(diào)用。

（1）初始化程序

初始化程序主要包括：I/O口初始化、A/D轉(zhuǎn)換初始化、PWM初始化、時(shí)間輸出比較功能初始化、輸入捕捉功能初始化、電流控制器初始化等。

（2）啟動(dòng)程序

該程序執(zhí)行啟動(dòng)算法，參見(jiàn)2.1控制算法部分的內(nèi)容。

（3）主程序

在主程序中，調(diào)用速度設(shè)置、直流總線電壓檢測(cè)和轉(zhuǎn)換子程序，處理過(guò)零反饋，并且評(píng)測(cè)角度α。

（4）子程序

1） 緊急停轉(zhuǎn)子程序

該程序關(guān)閉所有的的PWM輸出并處于等待狀態(tài)，過(guò)一段時(shí)間后試著重新啟動(dòng)。

2） 速度設(shè)置和直流總線電壓測(cè)量子程序

速度設(shè)置或直流總線電壓的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果被存儲(chǔ)在內(nèi)存中，選擇連續(xù)的A/D通道，并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。

3） 電流控制子程序

電流控制子程序每512μs被調(diào)用一次。PI控制器用來(lái)計(jì)算直流總線電壓的PWM值，占空比與PI控制器的計(jì)算結(jié)果成一定比例，它被PWM寄存器直接使用。

4）轉(zhuǎn)換子程序

PWM控制寄存器的值和MUX命令可在查詢表中找到。MUX命令控制著多路調(diào)制器，MUX用于處理過(guò)零信號(hào)。定時(shí)器輸入捕捉功能的邊沿觸發(fā)功能被設(shè)定，以檢測(cè)過(guò)零信號(hào)的升降沿。是上升沿還是下降沿，與轉(zhuǎn)子的位置和實(shí)際轉(zhuǎn)換狀態(tài)有關(guān)。

5） 抖動(dòng)子程序

抖動(dòng)程序考慮了轉(zhuǎn)換周期，因此可實(shí)現(xiàn)“S”形的速度曲線，而不需要區(qū)分算法。

運(yùn)算公式如下：

加速： Tn+1= Tn – [K(Tn-Tstop)/256] –1 (1)
減速： Tn+1=Tn + [K(Tn-Tstop)/256] +1 (2)

其中：

T: 轉(zhuǎn)換周期；
K: 改變速度曲線斜率的參數(shù)；
Tstart: 抖動(dòng)開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)換周期；
Tstop: 抖動(dòng)結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)換周期。

（6）ISR----中斷服務(wù)程序

1） 定時(shí)器輸出比較中斷服務(wù)程序

定時(shí)器1和定時(shí)器2是由該中斷程序提供的異步軟件定時(shí)器。

如果工作特性中斷被定時(shí)器1引起，為了與PWM信號(hào)同步，首先要進(jìn)行直流總線電流的轉(zhuǎn)換。然后，獲得的值經(jīng)過(guò)過(guò)電流和尖峰電流檢測(cè)程序檢查，設(shè)置電流控制器標(biāo)志，這一標(biāo)志使得電流控制器子程序被調(diào)用時(shí)采用新的數(shù)據(jù)。

如果工作特性中斷是由定時(shí)器2所引起，那么預(yù)設(shè)的值被送進(jìn)PWM寄存器，并且輸出MUX命令。

在這里，IC中斷（ICIE2）被禁止，以避免反電動(dòng)勢(shì)的檢測(cè)受切換過(guò)程中產(chǎn)生的干擾的影響。大約50 μs后使能中斷。

如果兩個(gè)中斷發(fā)生的間隔小于133us，那么定時(shí)器2具有中斷優(yōu)先權(quán)，保證轉(zhuǎn)換在正確的時(shí)機(jī)進(jìn)行，而A/D轉(zhuǎn)換被推遲。

在定時(shí)器1和定時(shí)器2狀態(tài)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出用于定時(shí)器輸出比較寄存器的新值。

2）定時(shí)器輸入捕獲中斷服務(wù)程序

該中斷由位置識(shí)別邏輯產(chǎn)生的信號(hào)所引起。這里，必須特別注意燥聲的影響，因?yàn)樗锌赡芨蓴_輸入信號(hào)。

3）IRQ程序

這里提供了喚醒信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)處于等待模式時(shí)，喚醒信號(hào)用于允許系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)換。

參 考 文 獻(xiàn)
1 Radim Visinka. Low cost 3-phase AC motor control system based on MC68HC908MR24, Motorola semiconductor application note AN1664. 1999
2 Finbarr Moynihan, Paul Kettle. Embedded control systems group, Analog Devices Inc, Wilmington, MA 01887, U.S.A. 1998
3 賈大義，艾高烈. 常用電機(jī)原理與設(shè)計(jì). 中國(guó)輕工業(yè)出版社，1996 (