一体机控制设计.ppt

设计简介 背景及意义 无刷直流电机(brushless DC motor, BLDCM)结构简单、运行可靠、调速性能好，在工业和商业领域得到广泛应用。 将电机与控制器有机结合，设计成一体机，结构紧凑、体积小、可靠性高，具有非常重要的工程实用价值 。 设计简介 控制器简介 采用dsPIC30F4011 为核心控制芯片 设计了与PC机及PLC通信接口，方便操作 对电机转速、电流实现双闭环PI控制 采用软硬件结合实现过/欠压，过流和过温保 护等功能 可实现快速起动、停车、切换旋转方向 整个控制系统结构紧凑，?功能丰富，运行 可靠 主电路 24V直流电源逆变桥为无刷直流电机供电 24V转变成15V及5V分别为MOSFET驱动电路、数字信号处理器dsPIC30F4011及外围电路供电 DSC捕获霍尔信号，获得BLDCM换相及并根据换相时间间隔计算转速 电压电流检测电路把直流侧电压电流转换成0-5V适合A/D转换的电压量，并为硬件过流、过压保护电路提供信息。温度检测电路通过IIC方式直接发送数字温度给DSC 设计控制器与PLC通信接口，并编写了控制器与PC机异步串口通信协议 一体机控制器硬件设计 主控芯片选取 采用美国Microchip公司生产的数字信号控制器(DSC) dsPIC30F4011 为核心控制芯片 一体机控制器硬件设计 dsPIC30F4011 一款高性能、低成本电机控制专用芯片 集单片微处理器(MCU)和数字信号处理器(DSP)于一 体，快速处理数据 电机控制模块，可编程输出6路PWM信号 10位AD采样模块， 有电平变化捕捉接口和正交编码器接口 具有IIC、SPI、UART、CAN通信接口 大大简化了外围电路的设计 逆变桥驱动电路 驱动芯片采用IR公司生产的IR2101，输入端具有施密特触发器，能够自动屏蔽小的扰动，防止误动作 DSC电机PWM控制模块驱动功率大，不采用光耦隔离放大，降低了成本，减小了控制器体积 过流过压保护电路 电压电流采样电路输出，与标准电压进行比较，DSC捕获比较结果，实现保护功能 PCL接口电路 控制系统向PLC输出包括欠/过压、过流及过温报警信 息和速度达到指定速度信息； PLC向控制系统输入各种控制量，包括启动、停止、 切换转向等信息。 为使控制系统获得良好动稳态特性，采用速度、电流双闭环PI控制策略 ，控制框图为： 软件流程图 系统软件流程主要包括主程序、霍尔信号捕获中断程序、AD采样中断程序及电机制动程序 主程序主要包括各种全局变量的宏定义、PWM模块、霍尔捕获、AD、IO口、UART等系统初始化，并实现与PC机及PLC通信功能 霍尔信号捕获中断程序主要实现电机换相、获取电机实际转速、计算速度环PI值功能 AD采样中断程序主要实现将直流侧电压、电流转换成数字量，计算电流环PI，并在软件中实现过流及欠/过压保护和限制泵升电压过大等功能 电机制动程序实现能耗制动，快速停机的功能 实验结果 从测试结果可知，该一体机系统具有： 良好的稳态性能，稳态时转速误差可以控制在0.3%内 良好的动态响应性能，能够快速达到参考速度，且超调小 * * 基于dsPIC30F4011芯片的无刷直流电机一体机双闭环控制器设计 东南大学 林明耀教授 mylin@seu.edu.cn 2010，12，1 一体机控制器设计简介 一体机控制器硬件设计 一体机控制器软件设计 一体机控制系统测试结果 总结与展望 一体机控制器设计简介 PC通信接口 PLC通信接口 主芯片 一体机控制器硬件设计 控制器原理框图 一体机控制器硬件设计 dsPIC30F4011 一体机控制器硬件设计 一体机控制器硬件设计 电流检测电路 系统控制方式采用二二导通方式 ，通过检测逆变桥直流侧电流，由运算放大器及电阻网络，将电流信号转换成电压 一体机控制器硬件设计 电流采样电路输出电压为： 选取合适的电阻，线性测量电流范围-20A至22A，对应运放输出Vo为0-4.8V ，适合于AD转换和硬件保护输入的电压范围 一体机控制器硬件设计 一体机控制器硬件设计 一体机控制器软件设计 一体机控制器软件设计 一体机控制器软件设计 一体机控制系统 电机 控制器 直流电源 实验平台 一体机控制系统测试结果 空载实验 红线为设定转速 蓝线为实际转速 转速变化 电流变化 一体机控制系统测试结果 参考转速为1500r/min,负载变化时实验结果 加载 卸载 转速变化 电流变化 参考转速为