一種實(shí)用的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)
張桂玉，魏召剛
（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，淄博256414）
摘要：將微控制器與可編程邏輯器件相結(jié)合，提出了一套實(shí)用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方案。其中，mcu采用51系列的8位混合信號(hào)微控制器，邏輯電路采用max7000系列的cpld。根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作出的樣機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)試改進(jìn)后運(yùn)行效果良好。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器；微控制器( mcu)；可編程邏輯器件(cpld)
中圖分類(lèi)號(hào)：tm352 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)05-0093-04
0引言
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為srd，具有高效節(jié)能、調(diào)速范圍寬、適用范圍廣、簡(jiǎn)單可靠及成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)[1-3]。本文致力于一種通用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的研制，可驅(qū)動(dòng)三相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，可與電機(jī)一起組成寬調(diào)速范圍、高效節(jié)能的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用于各種通用調(diào)速場(chǎng)合，具有成本低、控制靈活、自適應(yīng)能力強(qiáng)及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
1硬件設(shè)計(jì)方案
控制電路采用嵌入式微處理器(mcu)可編程邏輯器件( cpld)外圍電路昀設(shè)計(jì)方法。在通用調(diào)速場(chǎng)合，一般對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求不是很高，因此采用現(xiàn)在大量使用，且性價(jià)比很高的增強(qiáng)型5l系列8位mcu。該51芯片帶有高速a/d輸入，且?guī)в衦s232、i2c及spi總線，不用選擇另外的驅(qū)動(dòng)芯片。
為了存貯參數(shù)，采用一片帶串行接口的eep-rom芯片。cpld可選用帶有jtag接口的芯片。d/a轉(zhuǎn)換采用12位的轉(zhuǎn)換芯片，與mcu的接口方式為串行通訊方式，總線為spi。開(kāi)關(guān)量輸入采用光耦隔離輸入。開(kāi)關(guān)量輸出采用繼電器輸出方式。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路采用帶串行通訊接口的芯片，可驅(qū)動(dòng)至少5個(gè)數(shù)碼管。鍵盤(pán)輸入采用spi總線接口的i/o擴(kuò)展芯片。控制器的硬件總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
2軟件設(shè)計(jì)方案
mcu選用增強(qiáng)型51系列8位芯片。主體編程語(yǔ)言選用基于標(biāo)準(zhǔn)c的c51語(yǔ)言，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高的程序段，則采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，內(nèi)嵌到c程序中進(jìn)行編譯鏈接，以增加程序執(zhí)行的速度。
mcu的程序采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，包含初始化模塊，鍵盤(pán)處理模塊，顯示模塊，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊，轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，閉環(huán)控制模塊，制動(dòng)控制模塊，pwm驅(qū)動(dòng)模塊，角度調(diào)制模塊，簡(jiǎn)易plc控制模塊，通訊模塊，放障檢測(cè)模塊及中斷處理模塊，這些模塊可設(shè)定優(yōu)先級(jí)，在主程序中進(jìn)行調(diào)度，形成完整的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制程序。
mcu復(fù)位或上電后，程序先經(jīng)初始化過(guò)程，然后再進(jìn)入主循環(huán)程序，該主循環(huán)程序包括故障檢測(cè)狀態(tài)、等待電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)制動(dòng)狀態(tài)等。每一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)又運(yùn)行多種任務(wù)，如鍵盤(pán)讀取、顯示、讀取開(kāi)關(guān)量與模擬量、輸出開(kāi)關(guān)量與模擬量、串行通訊、電機(jī)控制等任務(wù)，不同的狀態(tài)運(yùn)行不同的任務(wù)。主程序的流程圖如圖2所示。
在程序初始化模塊，控制器上電或復(fù)位后，首先執(zhí)行初始化程序，初始化寄存器ram、變量對(duì)顯示進(jìn)行初始化，讀取eeprom中存貯的參數(shù)、初始化外圍接口寄存器等。在鍵盤(pán)處理模塊，cpu接收到鍵盤(pán)中斷后，讀取按鍵編碼，然后經(jīng)過(guò)軟件消耗，根據(jù)讀取的按鍵編碼執(zhí)行相應(yīng)的操作，包括電機(jī)起動(dòng)停止，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)設(shè)置等。
在顯示模塊，上電或復(fù)位后，數(shù)碼管將顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算，在每一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上都安裝一個(gè)齒盤(pán)，固定在定子上的位置傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生周期性的位置編碼脈沖，通過(guò)這些位置脈沖來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速。選用的silabs公司的c8051f120 mcu進(jìn)行角度調(diào)制，根據(jù)前一個(gè)脈沖的寬度和時(shí)刻確定哪一相開(kāi)通，哪一相關(guān)斷，及牙通角和關(guān)斷角的數(shù)值，然后通過(guò)定時(shí)器控制hso的輸出。采用轉(zhuǎn)矩作為切換條件，若系統(tǒng)在****電流斬波值情況下無(wú)法輸出設(shè)定轉(zhuǎn)矩，則在保持****電流斬波值的情況下，開(kāi)始調(diào)節(jié)開(kāi)通角及關(guān)斷角，以達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)矩輸出；若負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，則先調(diào)節(jié)開(kāi)通角及關(guān)斷角，若輸出轉(zhuǎn)矩仍大于設(shè)定轉(zhuǎn)矩，則關(guān)閉開(kāi)通角及關(guān)斷角的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)入電流調(diào)節(jié)模式。
在軟件上實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能，若干擾脈沖的寬度小于1s，cpu進(jìn)入位置 |
