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(diǎn)，充分利用其低功耗、高性能、可編程和存儲(chǔ)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(duì)電機(jī)控制的具體電路設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并對(duì)軟件設(shè)計(jì)部分提供一定的設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)，針對(duì)此類強(qiáng)耦合特性的控制比較復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)開(kāi)發(fā)者的共同目標(biāo)。單片機(jī)對(duì)永磁同步電機(jī)的控制具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)采集、通訊以及算法等功能的實(shí)現(xiàn)，而且能夠有效的改善對(duì)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(duì)基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)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(jì)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(duì)控制系統(tǒng)變頻性能的控制，控制系統(tǒng)主要是通過(guò)電壓矢量的脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，空間磁場(chǎng)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(lái)測(cè)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(xiàng)應(yīng)用比較成熟的技術(shù)，能夠極大的提升對(duì)直流電的利用效率。在永磁同步電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，電流會(huì)降低很多，為了能夠很好的利用前端電源，可以采用三相對(duì)稱電壓進(jìn)行供電，確保電機(jī)的正常工作。除此之外通過(guò)改變電壓空間矢量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)頂點(diǎn)圓形移動(dòng)軌跡的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)時(shí)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(cè)功能以及智能控制模塊這三項(xiàng)核心部分，針對(duì)三項(xiàng)內(nèi)容的控制都需要單片機(jī)的控制來(lái)實(shí)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(diǎn)，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(duì)比較簡(jiǎn)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(shí)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(shí)器、IO接口等多個(gè)通道，能夠?yàn)槭褂谜咛峁y(cè)試評(píng)估工具等便于設(shè)計(jì)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(gè)逆變過(guò)程，在整流的一側(cè)通過(guò)采用二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)切斷，控制方法比較簡(jiǎn)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(duì)于體積和諧波等有一定的要求，采用整合的方式來(lái)精簡(jiǎn)體積，通過(guò)三相橋式電路實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的控制和保護(hù)功能。除此之外還設(shè)有過(guò)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(cè)電路，采用高可靠性的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路的控制。在永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)中最常見(jiàn)的是無(wú)線控制技術(shù)，該系統(tǒng)可以不通過(guò)位置傳感器的控制來(lái)進(jìn)行信息反饋，通常可以選擇磁鏈觀測(cè)器來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)信息，詳細(xì)的說(shuō)，我們可以通過(guò)電機(jī)繞組來(lái)對(duì)電機(jī)定子的電壓、電流檢測(cè)來(lái)對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于永磁同步電機(jī)的三相電流的數(shù)據(jù)采集可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換通過(guò)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)三相電特性我們只需檢測(cè)其中兩項(xiàng)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(shí)間采樣，要對(duì)下橋臂閉合時(shí)間達(dá)到頂峰狀態(tài)時(shí)進(jìn)行取樣；由于不同橋臂的變化會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾，所以在橋臂打開(kāi)的以后需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的穩(wěn)定期來(lái)進(jìn)行測(cè)試；對(duì)于多項(xiàng)電流采樣必須要經(jīng)過(guò)單片機(jī)能夠?qū)θ珪r(shí)段的電流值進(jìn)行讀取。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)離不開(kāi)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(huì)在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，之后再開(kāi)啟中斷來(lái)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(kāi)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(yǔ)

基于單片機(jī)的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)是一項(xiàng)實(shí)用、智能的系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算能力和高度集成，極大的簡(jiǎn)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(jiǎn)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?yàn)橹悄芗矣秒娖?、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