一種實用的開關磁阻電機控制器的設計
張桂玉，魏召剛
（山東工業(yè)職業(yè)學院電氣工程系，淄博256414）
摘要：將微控制器與可編程邏輯器件相結合，提出了一套實用開關磁阻電機控制器的設計方案。其中，mcu采用51系列的8位混合信號微控制器，邏輯電路采用max7000系列的cpld。根據(jù)設計方案制作出的樣機經(jīng)過調試改進后運行效果良好。
關鍵詞：開關磁阻電機控制器；微控制器( mcu)；可編程邏輯器件(cpld)
中圖分類號：tm352 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)05-0093-04
0引言
開關磁阻電機調速系統(tǒng)，簡稱為srd，具有高效節(jié)能、調速范圍寬、適用范圍廣、簡單可靠及成本低等一系列優(yōu)點[1-3]。本文致力于一種通用開關磁阻電機控制器的研制，可驅動三相開關磁阻電機，可與電機一起組成寬調速范圍、高效節(jié)能的開關磁阻電機調速系統(tǒng)，應用于各種通用調速場合，具有成本低、控制靈活、自適應能力強及適用范圍廣等優(yōu)點。
1硬件設計方案
控制電路采用嵌入式微處理器(mcu)可編程邏輯器件( cpld)外圍電路昀設計方法。在通用調速場合，一般對系統(tǒng)的性能指標要求不是很高，因此采用現(xiàn)在大量使用，且性價比很高的增強型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，不用選擇另外的驅動芯片。
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轉換采用12位的轉換芯片，與mcu的接口方式為串行通訊方式，總線為spi。開關量輸入采用光耦隔離輸入。開關量輸出采用繼電器輸出方式。數(shù)碼管驅動電路采用帶串行通訊接口的芯片，可驅動至少5個數(shù)碼管。鍵盤輸入采用spi總線接口的i/o擴展芯片。控制器的硬件總體設計方案如圖1所示。
2軟件設計方案
mcu選用增強型51系列8位芯片。主體編程語言選用基于標準c的c51語言，對于實時性要求很高的程序段，則采用匯編語言編寫，內嵌到c程序中進行編譯鏈接，以增加程序執(zhí)行的速度。
mcu的程序采用結構化程序設計方法，包含初始化模塊，鍵盤處理模塊，顯示模塊，轉子位置檢測模塊，轉速計算模塊，閉環(huán)控制模塊，制動控制模塊，pwm驅動模塊，角度調制模塊，簡易plc控制模塊，通訊模塊，放障檢測模塊及中斷處理模塊，這些模塊可設定優(yōu)先級，在主程序中進行調度，形成完整的開關磁阻電機控制程序。
mcu復位或上電后，程序先經(jīng)初始化過程，然后再進入主循環(huán)程序，該主循環(huán)程序包括故障檢測狀態(tài)、等待電機運行狀態(tài)、電機運行狀態(tài)、電機制動狀態(tài)等。每一個運行狀態(tài)又運行多種任務，如鍵盤讀取、顯示、讀取開關量與模擬量、輸出開關量與模擬量、串行通訊、電機控制等任務，不同的狀態(tài)運行不同的任務。主程序的流程圖如圖2所示。
在程序初始化模塊，控制器上電或復位后，首先執(zhí)行初始化程序，初始化寄存器ram、變量對顯示進行初始化，讀取eeprom中存貯的參數(shù)、初始化外圍接口寄存器等。在鍵盤處理模塊，cpu接收到鍵盤中斷后，讀取按鍵編碼，然后經(jīng)過軟件消耗，根據(jù)讀取的按鍵編碼執(zhí)行相應的操作，包括電機起動停止，運行數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)設置等。
在顯示模塊，上電或復位后，數(shù)碼管將顯示電機的轉速。為了進行轉速計算，在每一臺電機的轉子上都安裝一個齒盤，固定在定子上的位置傳感器根據(jù)轉子的轉動產(chǎn)生周期性的位置編碼脈沖，通過這些位置脈沖來計算轉速。選用的silabs公司的c8051f120 mcu進行角度調制，根據(jù)前一個脈沖的寬度和時刻確定哪一相開通，哪一相關斷，及牙通角和關斷角的數(shù)值，然后通過定時器控制hso的輸出。采用轉矩作為切換條件，若系統(tǒng)在****電流斬波值情況下無法輸出設定轉矩，則在保持****電流斬波值的情況下，開始調節(jié)開通角及關斷角，以達到設定轉矩輸出；若負載轉矩減小，則先調節(jié)開通角及關斷角，若輸出轉矩仍大于設定轉矩，則關閉開通角及關斷角的調節(jié)，轉入電流調節(jié)模式。
在軟件上實現(xiàn)容錯功能，若干擾脈沖的寬度小于1s，cpu進入位置 |
