电机驱动电路模块(交、直流)20168

1、 综述综述： 我们在实际产品及项目开发过程中，经常会碰到很多控制对象或负载是电机的。我们知道电机是属于感性负载，在实际驱动过程中需要注意很多问题，比如冲击电流大小，驱动电压、驱动方式，怎么保证EMC、EMI性能等。下面针对我司常用的几种类型的电机来探讨下驱动电路模块及一些应用注意点。其中包括步进电机、直流无刷电机(FOC恒力矩电机)、直流马达、PG交流电机等; 目录(目前我司常用的几大类)：一、步进电机一、步进电机二、直流电机二、直流电机三、三、PG交流电机（交流电机（PID算法）算法）一、步进电机介绍：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停

2、止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。 n 步进电机典型内部接线示意图：步进电机典型内部接线示意图：u 我们一般常用步进电

3、机为四相八拍的，示意接线图如上。下面我们例举一款BYJ系列减速永磁式步进电机（35BYJ46）作详细阐述。u 接线图： 红线： 供电+12VDC 棕色： A相线 黄色: B相线 橙色： C相线 蓝色： D相线 注注: 以上相线顺序根据不同厂家、不同规格可以是不同的，具体请参阅相应型号的规格书。 n 35BYJ46 主要几个技术要求：u 1. 额定电压:12VDCu 2. 直流电阻：130欧7%（25 ）u 3. 驱动方式：四相八拍（即A,B,C,D四根相线）u 4. 减速比：1/85u 5. 步距角: 7.5 /85（每一拍角度值）u 6. 自定位转矩=600gf.cmu 7. 牵入转矩： =

4、1500gf.cm(100HZ)等等;针对以上的技术指标需要注意以下几点： 1. 供电电源：12VDC 电源需要尽量稳定，控制在12VDC 1V以内。过大的电源纹波会造成步进电机转动不平稳，工作中会有微弱抖动。 2. 常用步进电机的驱动方式：如顺时针一个循环八拍为 A相-AB相- B相-BC相-C相-CD相-D相-DA相 ；同理逆时针一个循环八拍 为 DA相-D相- CD相-C相-BC相-B相-AB相-A相 ; 由于每根相线直流电阻典型值为130欧，结合软件控制方式每次最多2根相线处于工作状态。所以设计步进电机瞬时驱动电流大小为：I=2* 12V/130欧=184.6 mA , 设计时也请留足

5、余量：建议=200mA; 3. 每相脉冲持续时间：四相八个拍, 每个相线脉冲保持时间参考电机的自定位力矩和牵入转矩等参数、并结合实际应用经验及一些应用负载场合实际状况。我们一般建议采用值：4MS10MS; 并且每个相线这个驱动时间应尽量等长，不等长并且每个相线这个驱动时间应尽量等长，不等长同样也会造成电机在转动过程中有抖动同样也会造成电机在转动过程中有抖动。 注： a. 若这个时间太短（如1MS甚至更小）转速会很快，可能在转动过程中不好控制，容易失步，并且力矩很弱可能带不动相应的负载（如摆页、风门等）； b. 这个时间如果太长如一拍20MS或者更大，那么电机转动会很慢，效率很低，但是转动力矩会

6、得到相应提高。一些需要大转矩场合可以适当加大这个时间长度。这个原理也累似于汽车发动机转数与牵引力的关系( 这个转速与扭矩的关这个转速与扭矩的关系大家可以在实际使用过程中灵活调整，从而达到最佳的效果系大家可以在实际使用过程中灵活调整，从而达到最佳的效果 ！)。 4.具体转动角度计算方法: 我们结合减速比（1/85）及步距角（ 7.5 /85 ）这两个参数 可以计算出软件上应该给几个八拍的脉冲: 假设要顺时针转动45角= ( 7.5 /85 )*8拍 *X; 得出X=63.75, 所以我们程序里面可以设置 64这个值，以达到控制步进电机转动45 角的目的;5. 步进电机软件驱动方法: 采用定时中断

7、调用，尽量保证每个节拍的驱动时间等长，步进电机端口赋新值尽量一次性赋值，步进电机停止时确保所有四相的驱动口线保持关闭，若有未关闭口线则会因长时间通电发热，损坏电机。另步进电机摆动时到达极限位置时可适当停顿几十毫秒(MS)时间，有利于缓解步进电机内部线圈发热现象，提升其工作及使用寿命。 n 常用步进电机的硬件驱动线路常用步进电机的硬件驱动线路: 1. 采用ULN2003达林顿驱动芯片； 2. 单片机MCU驱动IN一般建议规划在同一个PORT口（如P1.0P1.3）因为步进电机驱动程序一般是放在中断程序中的（当然能保证每拍驱动时间等长也可以放主程序中处理 ); 同一个P口可以提高代码的执行效率；

8、3. 硬件原理实施：若单片机 A-IN D-IN驱动IN相应口线输出高, 则A-OUT D-OUT步进电机实际相应口线导通;注意点: a.在空调产品的步进电机控制中一般在上下角度极限点的时候会有个停顿过程，这个时间一般是几十毫秒或者是零点几秒，此时所有相线保持不通电状态，这样一方面是为了功能上实现的需要，一方面可以减轻步进电机里面线圈绕组的发热程序，延长使用寿命。 b.另外一般对某些有极限位置的产品会在极限位置加几个拍的驱动脉冲，从而保证步进电机能旋转到位，而有些会在步进电机连续运行几个或几十个小时后利用一些限位进行一次自动校准过程，这样可以防止在长时间运转过程由于步进电机偶尔的失步造成运转角

9、度的偏离。 n 常用软件控制处理方式常用软件控制处理方式: 以东芝芯片TMP86FH09为例： 1. 初始代码如图： 2. 简易驱动代码如图:（其他相关初始化及设置略） n 二、直流无刷电机介绍：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化无刷直流电机实物图产品。 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体 ，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功

10、率管的通断，产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速;提供保护和显示报警等等；直流无刷风机具有高效率、高可靠性等特点，并能从很大程度上实现静音效果。 n 肺宝用无霍尔传感器FOC电机：无霍尔FOC实现了启动平稳，超静音，逆风启动等性能；下面了解下FOC电机的一些技术特征：u FOC电机的特性： 1. 控制算法：无传感器FOC2. 控制方式: 速度控制/恒DUTY PWM控制3. 调制方式：空间矢量脉宽调制(SVPWM)4. 电流采样方式: 2/3桥臂电阻取样；5. 调制频率: 16KHZ;6. 速度波动率： 我司应用时典型硬件接口电路原理:1. 电机采用12V供电；PWM信

11、号电压根据相应FOC电机规格参数来决定。2. 我司目前应用的电机内部PWM信号采用3.3V供电，并通过检测MCU给定PWM波形信号的占空比Duty来实现对电机的速度的调节。3. IO-PWM脚给定的驱动频率F =4KHZ；适当的PWM频率可以缓解对MCU的苛刻需求。4. 软件上鉴于PWM的频率不是太高, 可以采用定时器模拟的方式来实现,通过调整定时器的初值参数来实现对PWM占空比的调整，如果要提高PWM控制的精确度建议还是采用专用的PWM口来输出控制。 n FOC电机-我司应用PWM控制信号输出代码(中颖SH79F084A):1. Pwm初始化相关: n FOC电机-Pwm驱动高、低档风机简易

12、代码示例： n BRUSHLESS COOLING FAN 直流无刷风扇电机-高转速、低噪声，控制方式简单、方便，能效较高;u 该直流无刷风扇电机的特性： 1. 控制算法：调节PWM的占空比，从而调整电机控制端的电压值；2. 控制方式: 速度控制 /恒电压控制；3. 调制方式：PWM脉宽调制方式;4. 调制频率: 一般4KHZ, 根据具体硬件电路电容、电阻决定周期多少;5. 启动方式： 软启动,启动电压需 6VDC；6. 保护功能：内部锁住保护（含电压堵住，自动断电等）、极性保护（VCC与GND反接时，不导通）、过流保护等； 直流无刷风扇电机-我司应用时典型硬件接口电路原理:1.电机采用12V

13、供电；电机的控制电压由单片机口DCFAN1-1产生一个2K4KHZ的PWM的信号结合电容E11的储能原理，通过调节PWM控制信号的占空比来实现对电机控制电压的调整。客户一般会根据2脚的控制电压值来约定对高、中、低等不同档位的转速要求；比如高档12V,中档9V,低档6V等。2.PWM的周期选择同样也是根据E11电容的容量大小合理选择，过大或过小的周期均不合适，周期过大电容太小，那么电压就调节不了，一直都是满偏的电压值，周期过小电容太大，也可能造成电压值调不上去，所以周期跟电容与电阻的匹配是很重要的；3.另外根据不同的直流电机控制电压有些不同，有些直流电机是直接从控制电压端（如2脚）取能量，取电流

14、的如右图所示，电解电容就适当取得比较大（可以减小电机供电纹波），但是有些直流电机可能单纯只是取一个电压信号，那么这个电容发就可以取比较小如47UF或4.7uf等；另外针对上述第三点提到的需要大电流驱动的场合还有一种方式值得大家借鉴： 大家可以看下下面的电机控制端电路的优点有哪些:n 直流无刷风扇电机直流无刷风扇电机-我司应用PWM控制信号输出代码(东芝TMP86FH09):1. Pwm初始化相关: 电机控制函数: n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) DC310V-我司使用 江苏三江的型号YCZW003n其典型的技术指标如下（电机绝缘温度电机绝缘温度E级级：绕组温升限值75，最高允许温度1

15、20）: n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW0031. 控制接口说明及原理示意（注: 轴流风叶叶片宽大 、短，与转轴几乎是在同一平面 ，常用于送风系统 ，最常见于电风扇、空调外机风扇等 ，贯流风叶叶片成长条状以轴为中心筒形排列外形似水桶 ，常用于排风系统， 最常见的类似吸油烟机 ，空调挂机等 。 ） n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW0032. 直流电机内部电路图： n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW0033. 电机接线端子定义： n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款PG电机

16、型号YYR20-4A10-PG-2 4. 直流电机速度控制的实现：一般不同厂家的电机启动的VSP电压及最大极限的VSP电压有所不同; 典型速度指令电压曲线, n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江的型号YCZW0035. 直流马达的反馈Feed Back(FG): 采用OC门集电极开路输出，注意单片机IO( 建议EXT_INT)外部中断口需外加上拉电阻;反馈脉冲一般为50%占空比的脉冲信号；然后根据电机每转几个脉冲反馈，来控制电机的速度； n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW0036. 直流马达的其他一些必要的保护机制: 6.1. 过电流保护

17、过电流保护 在起动加速及转子堵住时， 检出连接到 Im 端子的电流,如电阻上的电压超过基准电压VR=0.5V(typ)时,经过延迟时间（约 2.3S） ，便关断开通状态下的高端 IGBT 输出，停止电流的增加。用 PWM 的下一个 ON 信号来解除停转状态。 n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW0036.2. 过热保护过热保护由于外部的原因或内部发热，当模块的温度升高到设定值（TSD=135185-typ）时， 与输入无关而全部出力 IGBT 管关闭。 这个保护功能具有滞后性 （： TSD=50-typ） ,当模块温度降低到 TSD-TSD 以下的温度时，自动

18、回复。再次随从输入，IGBT 开通。另外，因为模块内部温度检出位置只有一个，而温度检出位置与发热源的距离有一定差异，到关闭的时间也有差异，因此过热保护回路动作时，有可能 IC 模块温度已经超过过热保护温度以上。6.3. 电源电压过低保护（欠压保护）电源电压过低保护（欠压保护）当 Vcc 电源降低到 IC 内部的设定值 （Vcc=11V-typ） 时， 与输入无关而全部出力 IGBT管关闭。这个保护功能有滞后性（Vcc：0.5V-typ） ，当 Vcc 电源达到（Vcc=11.5V-typ）这个电压时自动回复，再次随从输入，IGBT 开通。 n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三

19、江型号为YCZW003 以下为江苏三江型号YCZW003技术要求及铭牌信息n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW003DC310V电机使用过程中的注意事项: 特别要注意下面的上、下电的时序图； 注注: 一般马达运行在最大转速 的时候要注意控制这个VSP电 压值，切不可超过极限值， 另在硬件和软件上都要设置相应应的保护措施; n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW003使用控制接口说明使用控制接口说明: a) PG 反馈输出端口; 直流马达为 12 脉冲/转。信号输出为三极管集电极开路输出。电压：小于 Vcc（DC15 V）注入电流

20、：小于 5mA（上拉电阻的设置应使流经三级管的电流小于 5mA。 ）如果使用长导线，PG 反馈线可能会受到电磁干扰，请尽可能减少导线长度。（建议长度小于 1 米）当 PG 线受到干扰，请采用阻容进行滤波。 n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW003使用注意说明使用注意说明:b) Vsp 速度控制端口;该端口是马达的速度控制端口。 马达转速可通过一 DC 05.5V 电压来调节。如下图所示。当 Vsp 电压大于等于 5.5V 时，Vsp 电压将钳位于 5.5V。不能使 Vsp 电压高于 6.5V。当启动和停止时，应缓慢的调节 Vsp 速度控制电压。在马达空载和负

21、载时，应通过设置 Vsp 电压，使马达转速小于 2000rpm。当马达停止运行时，应使 Vsp 电压小于 0.1V。在马达运转时，应使马达固定，以保证安全。 n 直流无刷电机直流无刷电机-我司目前使用的一款江苏三江型号为YCZW003使用注意说明使用注意说明(续续): c) VCC; 该端口给马达内部信号处理 IC 提供工作电压。Vcc 电压： 最大额定电压：DC 18V 允许运行电压范围：DC13.516.5 V。 推荐典型电压：DC 15V d) GND;马达内部电路的地线。是 Vm,Vcc,Vsp 和和 PG 的公共地线 e) Vm;马达工作电压。 最大额定电压：DC 500V允许运行电

22、压范围：DC50400 V。注意：请不要按如下方式插入一个二级管。在马达电源端加一滤波电容是没有效的，并且 IC 可能会被损坏。 n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司应用时典型硬件接口电路原理:1. Vm-DC310V采用一个继电器单独控制，增加控制的可靠性；2. VSP电源控制采用PWM信号驱动，光耦隔离的方式实现(不共地不共地)，采用电解电容储能原理及电阻分压的原理从硬件实现对VSP电压的稳定输出及对Max极大值的限制（约7.2V以内-另外软件上也会有相应的阀值限制）。3. PG反馈端（OC门开路输出）配合光耦的隔离实现对电机反馈输出脉冲的采样工作，建议接MCU的EXT_INT

23、口（如果用定时查询方式，请注意计算系统达最高转速时的反馈脉冲周期）， R21与C20组成一个RC滤波电路，增加抗干扰能力，提升采样的可靠性；注注:（为了提高转速的控制精度，建议尽量（为了提高转速的控制精度，建议尽量选用精度高点的选用精度高点的PWM口，如口，如12位或位或16位；位；这样在实际的调试过程中不至于很被动。这样在实际的调试过程中不至于很被动。） n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V电机输出代码(Toshiba TMP 89FS60 或 TMP89FM42UG):1.16位PWM初始化代码： n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V

24、电机输出代码(Toshiba 89FS60 或 TMP89FM42UG):2. 直流电机的上电时序: n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V电机输出代码(Toshiba TMP 89FS60 或 TMP89FM42UG):3. 直流电机的下电时序: n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V电机输出代码(Toshiba TMP89FS60 或 TMP89FM42UG):4.直流电机的大调（粗调）代码(100MS时基): n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V电机输出代码(Toshiba TMP86FH09 或 TMP89

25、FM42UG):5. 直流电机的细调简易代码: else 与上面的 if( fXFANChange1) 形成呼应， fXFANChange1=0为细调; n 直流无刷电机直流无刷电机(马达马达) -我司控制DC310V电机输出代码(Toshiba TMP86FH09 或 TMP89FM42UG):6.根据转速反馈,并调节PWM输出代码（及装载最新的PWM值）: n 注: 细调及粗调时软件设定的参数，需要结合采样时间计算。过早退出粗调，那么整个调节的时间比会被拉长，要根据实际的电机转速系统合理选择参数; 三、交流PG电机介绍：普通交流电机（抽头式）其内部有三组或多组不同的绕组，分别对应高、中、低

26、转速或其他转速。通过控制不同的继电器，来给相应的绕组供电，从而达到调整风速的目的。而 PG电机一般内部只有一组主绕组及启动绕组组成，电机的转速调节一般是通过调节可控硅的导通角来实现的，通过可控硅控制电机的供电电压来实现转速的切换。PG电机的调速结合Fg反馈信号在带载的情况下是能够实现闭环控制的，并且可以做到比较精确的无极变速要求。一般PG电机的调速部分分三大块: 1.过零检测电路 2.转速检测电路 3.风速驱动电路 ; 鉴于空调PG电机在某些应用场合需要有较高的响应性，一般采用增量式的PID调节控制算法，具有很好的阶跃响应性、控制转速比较稳定，突出表现为能够保证空调在上下、左右扫风状态下转速的

27、平稳控制，从而更加有效地降低运行噪音。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款额定220VAC珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2n其典型的适应环境及条件（电机绝缘温度电机绝缘温度E级级：绕组温升限值75，最高允许温度120）: n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机的主要技术参数：设计硬件&软件时要考究下面这些参数 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2nPG电机典型的功率、扭矩对照表（一般整机厂会比较关注的信息）： n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦

28、电机 YYR20-4A10-PG-2nPG电机典型的技术要求及铭牌信息： n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机使用需关注哪些信息电机使用需关注哪些信息:1. 电机的铭牌信息要看仔细，涉及到电机的起始旋向( CW 或CCW), 电压范围，输出功能内部电气原理连接图、相关认证信息等；2. 含PG电机的额定电压参数，额定输出功率等。这里涉及一个PG电机的效率问题，目前常用一般交流PG电机的效率普遍不高，一般只有5060%左右的效率。比如一个额定输出功率为20W左右的PG电机，其输入功率估计要达到40W以上，普遍能效不是很高。但是PG电机有它

29、的优势： 如成本相对较低，硬件控制电路成本也低。3.另外参考铭牌上的电气连接原理图及规格书信息，要注意PG电机连接插座的相应脚位定义，弱电插头一般为VCC, GND, Vout(Fg) 反馈，PCB LAYOUT时务必要弄清楚脚位及线序。 强电插头端一般为: a. N( ACN- 零线端零线端) 如图如图BN 棕线棕线 b. CRL (CRL-火线控制端火线控制端 ) 如图如图WH 白线白线 c. CF( 启动电容连接的另一端启动电容连接的另一端) 如图如图RD 红线红线 如右图：启动电容(1.5uF/450V) 需跨接在红线RD与棕线BN之间，根据PG电机工作电压及输出功率选择匹配的电容参数

30、，一般厂家会在电机规格书给出该电机的最佳匹配电容；另在判断主副绕组时应配合规格书上的主副绕组阻值及电气连接原理图共同判定，如果发现起始旋向搞反，应联系厂家调整电机内部的接线，切不可单纯通过调整CRL与N 端的线序来达到换向的目的，否则可能损坏电机。另外这个启动电容容量将直接影响转速，容量变小，转速也会变慢。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机使用需关注哪些信息电机使用需关注哪些信息: 4. FG 霍尔元件传感器输出： 采用霍尔效应原理: 磁场会对位于其中的带电导体内运动的电荷载流子施加一个垂直于其运动方向的力，该力会使正负电荷分别积

31、聚到导体的两侧。这种现象在薄而平的导体中尤为明显。电荷在导体两侧的积累会平衡磁场的影响，在导体的两侧建立稳定的电势差。产生这一电势差的过程就叫霍尔效应。包含前面的直流电机（马达）里面的反馈FG输出一般都是采用霍尔元件来实现对转速的测量的，还有一些应用场合更高，控制精度需要更高的场合如高精度BLDC电机控制，为了提高控制精度及响应性可能会采用光电式编码器来采样测量。 调速原理概述: PG电机的调速是通过对电源的斩波的方式来实现的。过零检测信号为斩电机的调速是通过对电源的斩波的方式来实现的。过零检测信号为斩波提供了一个开始的时刻，通过转速反馈信号与目标转速的比较来决定斩波的时间。通波提供了一个开始

32、的时刻，通过转速反馈信号与目标转速的比较来决定斩波的时间。通过斩波可以为过斩波可以为PG提供不同平均电压，这个平均电压也就决定了提供不同平均电压，这个平均电压也就决定了PG电机转速的快慢。电机转速的快慢。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的电路模块：电机应用时的电路模块：1. FG反馈采样电路：反馈采样电路： PG 电机内部Vout(Fg)一般都是集电极开路输出的方式（OC）配合右图的三极管整形，RC滤波电路使反馈波形抗干扰能力更强。有别于前面说到的直流马达PG交流电机的反馈的脉冲频率比较低些，一般一转为3个脉冲，而前面提到

33、的直流DC310V马达一般一转有12个脉冲，鉴于每转的反馈脉冲数少了，先前适用于直流电机调速的方法似乎不太适合PG交流电机的调试控制了。原因有这么几个方面： a. PG电机一转反馈脉冲数少了，那么原来1秒的固定时间内所能采样到的脉冲个数减少，要想实现精细调速有点困难，反馈脉冲数在相邻10转20转的档位内不易区分开。怎么办？ b. 如果仍然采用原来的固定时间内数反馈脉冲的个数的话，那么为了提高区分度可能会增加采样的固定时间，比如把采样时间加长到2S，这样一来采样的的脉冲数是增加了，相邻档位的区分度也似乎变大了，但是要做到10RPM/Min 甚至更小的控制精度该怎么弄，还有随着固定采样时间从原来的

34、0.5s增加到1S或者2S甚至更改更长的时间，调整的响应速度，实时性怎么保证，难道要客户等20秒的时间甚至更长才能稳定，鉴于这些我们必须调整采样及计算方式，需换个思路。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的电路模块：电机应用时的电路模块： 2. 过零检测电路：过零检测电路： 电路图如下电路图如下 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的电路模块：电机应用时的电路模块： 3. 风机驱动电路：风机驱动电路： 目前常用的目前常用的PG交流风机驱动方式主要有交流风机驱动方

35、式主要有MOC3021+双向可控硅双向可控硅 及固态继电器（如及固态继电器（如AQH2213）两种方式）两种方式： n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的电路模块：电机应用时的电路模块： 3. 风机驱动电路（续）风机驱动电路（续） 我们采用的就是上图左边的MOC3021光耦可控硅加 BT134的PG电机驱动电路方案，本负载PG电机功率在30W以内。 a. MOC3021比较常用，价格比较便宜，Vdrm=400V, 如果使用在240VAC甚至更高的市电场合建议采用MOC3052（当然在保证光耦可控硅能可靠触发的情况下，建议加大R1

36、6的阻值可以有效防止正常使用过程中的两用电压损坏MOC3021的情况）。 IF典型值为15mA, 在Vdrm=400V的测试条件下，I(DRM)典型值为10nA; Peak on-state voltage, either direction开态的峰值电压典型为1.4V(Max= 3.0V) ; 高电压隔离性能，耐峰值PEAK -7500V(5300 VAC RMS); 峰值重复浪涌电流 ITSM=1A; b. 在PG电机的输入L3当加入滤波功能的差模工字电感，L3取样方式讲究：取在共模电感之后，且在NTC-5D13之后，为了提升控制板的EMC性能，提高EMI能力。取NTC之后且能够有效防止电

37、机启动瞬间的浪涌电压及电流对控制板元器件的冲击。 c. MOC3021的6脚连接在L3经过R17与X2电容C20之间，使RC吸收回路在保护可控硅BT134的同时，也对光耦可控硅的可控硅端也起到一个保护的作用。接法形似MOC3021感性负载的接法，但是元器件少了很多。 d. 在可控硅BT134的T1 和G门极之间并联一个104电容及电阻，实践证明此举能从一定程度上增加可控硅的抗干扰能力，在噪声环境比较恶劣的环境下，减少误触发、误动作的发生。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 4. 软件控制方式

38、：软件控制方式： 前面提到是利用可控硅斩波，即调节导通角的方式。主要也有下面几点讲究： 4.1. 可控硅触发采用脉冲触发方式，在过零点之后且延时时间到了（即需要开启可控硅时），可以输出电平使可控硅导通，一般持续时间12ms的时间（如果硬件上的过零点偏移比较严重的话，这个时间要适当延长），然后切断这个端口，利用可控硅过零点自己关断的特性来自行关闭。这样一来可以缓解驱动可控硅耗电流较大的问题，在阻容降压场合尤为适用。 4.2 可控硅的斩波传统的方式，有些人是采用一定时间间隔的定时器查询功能来做的。比如100US或200us定时中断来查询，然后计算过零点后延时多久开通可控硅，这种方式的优点是节约单片

39、机的系统资源，对于一些控制要求不高的场合，单片机资源比较差的项目这种是可以用的。我们采用的方式是过零点用外部中断口检测，同时配合一个专用定时器负责计时，这样的好处就是能保证延时时间的精确掌控，最小的时间可以控制到1uS以下甚至0.1uS以下；这样一来导通时间的调节就能更精确，转速也就更准。 4.3 PG电机的反馈脉冲的采样处理: 前面说到PG电机的每转反馈的脉冲数比较少，采用跟直流电机一样的数脉冲个数的采样处理方式不太可行。鉴于这些影响因素，采用另一种采样测量方法： 比如在几个（如2个）过零中断脉冲的时间内，测量PG电机的反馈脉冲总宽度，根据所测到的这个宽度值来输入到PID调节算法中去运算，输

40、出一个当前时刻所需要的目标值，然后去控制可控硅的导通及关闭。下面我采用的方法是采样固定一转3个脉冲的总宽度输入到PID算法中去并参与运算（输入量），另PID的调整频繁度是通过改变过零中断脉冲的个数来实现的，比如2个过零脉冲执行一次PID调节算法。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 5. PID软件控制算法：软件控制算法： 前面提到我们PG电机的转速是采用PID的软件控制算法来实现的，下面就来简单了解下PID的概念。 PID是比例（P）、积分（I）和微分（D）的简称。在过程控制中，按偏差的比例

41、（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活。 控制点包含三种比较简单的PID控制算法，分别是：增量式算法，位置式算法，微分先行。 这三种PID算法虽然简单，但各有特点，基本上能满足一般控制的大多数要求。针对我们空调上用的PG交流风机 调速，比较适

42、合采用增量式的PID算法。 所谓增量式 PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量 。当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式 PID 控制算法进行控制。 对于增量式的算法，可以选择的功能有:a. 滤波的选择 b. 系统的动态过程加速 c. PID增量算法的饱和作用及其抑制； PID控制算法各部分的主要作用概述控制算法各部分的主要作用概述: a. 比列部分: 比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。 b. 积分部分: 积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。

43、c. 微分部分: 在实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用） ，而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 5. PID软件控制算法公式推导：软件控制算法公式推导： n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 5. PID软件控制算法公式推导（续）软件控制算法公式推

44、导（续） 增量式 PID 控制算法可以通过上面的公式推导出。由上面的公式可以得到控制器的第 k1个采样时刻的输出值为： 将第K次采样值与第K-1次(即前次)采样值相减后，差值 公式推导为：注注: 从右边的公式可以看出只要MCU系统采样周期T恒定，一旦我们确定了A, B ，C,然后 借助采样到的前后三次采样值，就可以确定我们需要的增量（） 当然想要确定当然想要确定A,B,C的参数也不是很容易的事情，的参数也不是很容易的事情，要根据不同的负载及整机特性进行参数整定调整工要根据不同的负载及整机特性进行参数整定调整工作，就是我们下面要说到的作，就是我们下面要说到的PID的参数整定，简称的参数整定，简称

45、PID调试工作调试工作; n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 6. PID软件控制算法的参数整定软件控制算法的参数整定控制器参数整定控制器参数整定：指决定调节器的比例系数 、积分时间 Ti 、微分时间 Td 和采样周期 Ts 的具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。整定调节器参数的方法很多整定调节器参数的方法很多：归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整

46、定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握。具体方式有以下几种具体方式有以下几种: a .凑试法凑试法 按照先比例（P） 、再积分（I） 、最后微分（D）的顺序。置调节器积分时间 Ti =，微分时间 Td =0，在比例系数 按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，由小到大整定比例系数Kp 。求得满意的 1/4 衰减度过渡过程曲线。引入积分作用（此时应将上述比例系数 设置为 5/6Kp） 。将 Ti 由大到小进行整定。 若需引入微分作用时，则将 Td 按经验值或按 Td =（

47、1/31/4） 设置，并由小到大加入。 b .临界比列法临界比列法在闭环控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变调节器的比例系数，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数 ，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期 Tu ； n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 6. PID软件控制算法的参数整定（续）软件控制算法的参数整定（续）上面提到的这种临界比例法使针对模拟 PID 控制器，对于数字 PID 控制器，只要采样周期取的较小，原则上也同样使用。在电动机的控制中，可

48、以先采用临界比例法，然后在采用临界比例法求得结果的基础上，用凑试法进一步完善。表 21 的控制参数， 实际上是按衰减度为 1/4 时得到的。 通常认为 1/4 的衰减度能兼顾到稳定性和快速性。如果要求更大的衰减，则必须用凑试法对参数作进一步的调整。 c. 经验法经验法用凑试法确定 PID 参数需要经过多次反复的实验，为了减少凑试次数，提高工作效率，可以借鉴他人的经验，并根据一定的要求，事先作少量的实验，以得到若干基准参数，然后按照经验公式，用这些基准参数导出 PID 控制参数，这就是经验法。注: 上面提到的临界比例法就是一种经验法。 d. 采样周期的选择采样周期的选择 香农（香农（Shanno

49、n）采样定律）采样定律 ：为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续：为不失真地复现信号的变化，采样频率至少应大于或等于连续信号最高频率分量的二倍。根据采样定律可以确定采样周期的上限值。实际采样周期的选择还要受信号最高频率分量的二倍。根据采样定律可以确定采样周期的上限值。实际采样周期的选择还要受到多方面因素的影响，不同的系统采样周期应根据具体情况来选择。到多方面因素的影响，不同的系统采样周期应根据具体情况来选择。采样周期的选择，通常按照过程特性与干扰大小适当来选取采样周期：即对于响应快、采样周期的选择，通常按照过程特性与干扰大小适当来选取采样周期：即对于响应快、 （如流（如流量、压

50、力）波动大、易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；反之，当过程响应慢（如温度、成量、压力）波动大、易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；反之，当过程响应慢（如温度、成份）份） 、滞后大时，可选取较长的采样周期。、滞后大时，可选取较长的采样周期。采样周期的选取应与采样周期的选取应与PID参数的整定进行综合考虑，参数的整定进行综合考虑， 采样周期应远小于过程的扰动信号的周期，采样周期应远小于过程的扰动信号的周期，在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点；在计算机运算在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点；在计算机运算速度允许的条件下

51、，采样周期短，则控制品质好；当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好；当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的为纯滞后时间的 1/41/8。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2 PG电机应用时的控制方式：电机应用时的控制方式： 7. 人们对人们对PID参数调整规则的探索参数调整规则的探索人们通过对 PID 控制理论的认识和长期人工操作经验的总结， 可知 PID 参数应依据以下几点来适应系统的动态过程。1、 在偏差比较大时， 为使尽快消除偏差， 提高响应速度， 同时为了避免系统响应出现

52、超调， Kp取大值， Ki 取零；在偏差比较小时，为继续减小偏差，并防止超调过大、产生振荡、稳定性变坏，Kp值要减小， Ki取小值；在偏差很小时，为消除静差，克服超调，使系统尽快稳定， Kp值继续减小， Ki值不变或稍取大。2、当偏差与偏差变化率同号时，被控量是朝偏离既定值方向变化。因此，当被控量接近定值时，反号的比列作用阻碍积分作用，避免积分超调及随之而来的振荡，有利于控制；而当被控量远未接近各定值并向定值变化时，则由于这两项反向，将会减慢控制过程。在偏差比较大时，偏差变化率与偏差异号时， Kp值取零或负值，以加快控制的动态过程。3、偏差变化率的大小表明偏差变化的速率，Ek E(k-1 )

53、即偏差越大，Kp 取值越小， Ki 取值越大，反之亦然。同时，要结合偏差大小来考虑。4、微分作用可改善系统的动态特性，阻止偏差的变化，有助于减小超调量，消除振荡，缩短调节时间 ts，允许加大Kp ，使系统稳态误差减小，提高控制精度，达到满意的控制效果。所以，在 Ek 比较大时，Kd 取零，实际为 PI 控制；在Ek 比较小时， Kd 取一正值，实行 PID 控制。 n 交流交流PG电机电机 -我司使用的一款珠海凯邦电机 YYR20-4A10-PG-2PG电机应用时的控制算法电机应用时的控制算法:我司目前采用的一种软件思路我司目前采用的一种软件思路, 并结合软件代码如下并结合软件代码如下(PID调节运算主函数调节运算主函数 PGMotorPIDC