包壁祯,杨平,王海峰

(电子科技大学 机械电子工程学院,四川 成都 611731)

普通的有刷直流电机是靠电刷将直流电逆变成交流,而无刷直流电机是利用电子换相将直流逆变为交流,在定子形成交变磁场[1],见图1。

图1 57BL045电机结构Fig.1 The structure of 57BL045 motor

通过改变占空比(平均电压)和改变换相顺序,即可改变速度和转向。无刷直流电机控制系统包括硬件和软件两部分。本文研究的小功率电机型号为57BL045,参数为额定电压DC 18V,额定转速2000r/min,额定转矩0.2 N◦m,额定电流2.5 A。考虑到无刷直流电机的特点和实际应用,主要研究内容为其调速特性和精度。

1 硬件设计

硬件部分电路设计主要由电源电路、控制电路、驱动电路组成,硬件连接如图2所示。

图2 硬件框架结构Fig.2 Block diagram of hardware implementation

1.1 电源电路设计

控制系统的电源电压类型分布如表1所示。考虑到电机在启动、堵转或者调速时,由于其反电动势效应,可能使电压不稳定,所以选择双电源供电,一个+12 V的控制电压和一个+18 V的逆变电压共地连接。而+5 V是由+12 V经过MC78M05转换后得到。在18 V电源端串联一个FUSE,作为过流的硬件保护,另并有一大电容,一是起到滤波的作用,二是在启动时防止电流突变,起到软启动作用。

表1 电压类型Tab.1 Voltage ty pes

1.2 控制电路设计

控制电路主要任务是测速、电流检测和UART电平转换等。

在闭环控制中,需知反馈速度,以便计算出给定速度对应的电压和反馈速度对应的电压偏差。考虑接受的霍耳信号电平的逻辑不混乱,上拉5 V电阻。我们知道转子旋转一周,霍耳信号改变6p(p为极对数)次。这样利用模拟比较器作为输入捕捉触发源,边沿触发定时器 T1的计数为TCNT1,即速度