位工业级通用单片机-应用笔记an spmc

V1.1-Nov23,19,InnovationFirstRoadScienceParkHsin-Chu 300:886-3-578-6005Fax:886-3-578-4418E- 术文件及规格为之版本。若因贵公司使用本公司之文件或产品，而涉及第三人之专利或著作权等智能财之应用及配合时，则应由贵公司负责取得同意及，本公司仅单纯贩售产品，上述关于同意及，非属本公司应 页工作原 硬件设 位置侦 软件说 软件说 构 程序范 程序范 实验测 控制信 转速调 电流波 系统响 参考文 工作原所引起的噪声、火花、电磁干扰、短等一系列弊病。由于直流无刷电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能如图1－1所示。主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5－24KHz调制波的对称交变矩形N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°H3、H2、H1，从而产生有效的六状120度的算法驱动IPM的内置从而来驱动直流无刷电动机。对信号的010、011、001、101、100110六种状态，所以可以根据这六种位置状态信息来分配的驱动信号。在这里我们优先选用了的上桥臂用分配信号，下桥臂分配高低电平的驱动方式，所以我们可以通过改变上桥臂的占空比来改变加在直流无刷电动机上的端电压。信号分配和位置关系如图1－2所示。1－2其中：V1、V2、V3、V4、V5V6表示组成的三相全控桥电路，上桥V1、V3V5三个功率管，下桥V2、V4V6三个功率管，分别控制这U、V和W三相直流电的流向1－1所示连接方式。H1、H2和H3是霍尔传感器的三个信号出线。V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2的顺序来换流的话，那幺我们可以同样根据位置信号给出反转时驱动信号的换流H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。具体电机的相序一定要搞清on/offU、V、W三相线圈，而在直流1－3所示，了在控制信号的作用下各相的电压、电流方向的旋转 角UVW方1－3在控制功率组件的信号中加入，调整的占空比，即输出的Duty，使得调整输入电动机的端电压的大小，进而控制直流无刷电动机的转速，其中控制信号的加入有四种方式：上相 图 硬件设此方案将选16位变频SPMC75F2413A和功率器件智IPM，结合基本的驱动算法来实现对三分。各部分的框图如图2－1所示，硬件电路原理如图2－2所示。AC220V2－1SwitchingPower2－22－3SPMC75F2413A可以通过Probe来连接内嵌 智能模块IPM（In 护、温度保护一应俱全）大大提高了系统的可靠性。如图2－4所示，IPM电气连接图。

2 4

VV

P

N

C41

2－4IPMIC8：IPMC31、C35、C37C41：故障脉宽定时电容（陶瓷材料）0.022uF/50VC42:去耦电容0.22uF/50VC43:控制电源滤波电容33uF/35VC47:短路采样RC滤波3300pFR460.082Ω为了保护MCU微控制器部分这里实施了高压直流IPM部分和MCU部分的电气 行的稳定和可靠性，控制系统和IPM之间用光耦来 驱动。如图2－5光 图2－5 其中：光耦两边必须使用不同的电源才能达到的效果，否则不能起到电气的作用。光耦建出错，硬件会自动的立即切断送往IPM的驱动信号，同时向MCU申请中断。只有故障消除以后，MCU重新使能信号的输出才能使IPM再次的工作起来。如图2－6硬件保护电路。2－6其中：IC1574HC373，IC474HC00就是选用了带有霍尔传感器的直流无刷电动机。如图2－7霍尔传感位置侦测电路原理图的设计。 MHALL-321

2

HALL1 1 2－7PID控（Proportion（Integralu(t)Kp[e(t)1te(t)dtTd]

（Ti u(t――)――Kp―― Td――比例部分的数学式表示是：Kp*也越容易产生振荡。故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。

tTit积分时间Ti对积分部分的作用影响极大。当Ti较大时则积分作用较弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是消除偏差所需的时间也较长。当Ti较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能微分部分的数学式表示是：Kp*Td微分部分的作用由微分时间常数Td决定。Td越大时，则它抑制偏差e(tTd越小时，则它反抗偏差e(t)变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。 e(k)e(ku(k)Kp[e(k) e(j)

（ u(k)――k次采样周期的输k ――在上式（3.2）e(k)e(ke(k Tu(k)Kp[e(k) e(j)Tj

e(k （在上式（3.3）KiKpTiKdKp*kku(k)Kp*e(k)Ki*T

e(j)T

e(k （k为了避免在求取控制量u(t时对偏差求和运算e(j，在实际应用中通常采用增量式u(tu(ku(ku(kk u(k-1)Kp*e(k1)Ki*Te(j)j

e(k （Te(k)e(k)e(ke(k1)e(k1)e(ku(k)Kp[e(k)e(k1)]Ki*T*e(k)Kd[e(k)2e(k1)e(kT

（u(k)Kp{[e(k)e(k1)]

e(k)Td[e(k)2e(k1)e(kT

（TTi0.5TuTd0.125Tuu(k)Kp[2.45e(k)3.5e(k1)1.25e(k

（软件说BLDC驱动的一般算法：120度上相驱动带霍尔位置传感的直流无刷电动机并应用PID控制来进行对CCDMCMotor1Start和Motor1Stop控制启停原形void描述无输出参 头文 库文 注意事 用IOB14；DMC的UART通信占用Channel2（IOC0-RXDTXD BLDC_Motor_Startup(原形描述无输出参 头文 库文 中断（TCV）中调用，可以让BLDC以爬坡的方式来启动。 BLDC_Motor_Normalrun(原形voidBLDC_Motor_Normalrun描述无输出参 头文 库文 BLDC_Motor_Actiyator( void BLDC调速控制，包括对IPM的充电、滑动滤波、PID调节及 输出参 头文 库文 根据电机的最高速度调用频率可以略有差别，程序中可以使用512Hz来调节。 void 输出参 头文 库文 注意事 IPM_Fault_Protect(原形void描述无输出参 头文 库文 输出管脚将会置为髙阻态，必须在IRQ0中调用。 BLDC程序范#include"Spmc75regs.h"#include"Spmctypedef.h"#include"Spmc75_BLDC.h"{PIOASPE->W=0x0000;PIOBSPE->W=0x0000;P_IOC_SPE->W=Spmc75System {BLDCRunService(); }}//Description:IRQ0interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ0(void) voidIRQ0(void){IPMFault}//Description:IRQ1interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ1(void) voidIRQ1(void){/*Positiondetectionchangeif(PTMR0Status->B.PDCIF&&PTMR0INT->B.PDCIE){BLDCMotor}/*TimerCounterSunplusTechnologyCo., PAGE V1.1–Nov.23,{BLDCMotor}PTMR0Status->W=PTMR0Status-}//Description:IRQ6interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ6(void) voidIRQ6(void){if(PINTStatus-{ if(PUARTStatus->B.TXIF&&PUARTCtrl-}}//Description:IRQ7interruptsourceisXXX,usedtovoidIRQ7(void) voidIRQ7(void){{if(PCMTCtrl->B.CM0IF&&PCMTCtrl-{BLDCMotor}P_CMT_Ctrl->W=P_CMT_Ctrl-}}CMT0的定时中断。如图5－1所示主程序设计流程图。始5-1BLDC故障输入、输出短路、PDC、TCV、RXDCMT0BLDC的启动、运行、速这里只对PDC、TCV中断流程示出，以便使用者参考。如图5-2PDC、TCV中断操作流程中PDC中断维持维持BLDC正常运行中断服【API：BLDC_Motor_Normalrun（）TCV启动、低速 务函【API：BLDC_Motor_Startup（）中断出5-2PDC、TCVMCU使用crystal有无MCP3：BLDC电机控剩余IO及处理方主控应用crystal有无MCP3：BLDC电机控剩余IO及处理方主控应用实验测测试主要是针对120度上相 W5：IOB3/W1V3：IOB4/V1U1：IOB5/U1H2：IOB9/TIO0B－1所示，正转时120度上相 信号测试和图7－2所示，反转时120度上相 图7－1正转时120度上 从测试的信号波形可以看出在正转时位置侦测和控制信号的对应关系：010（H3H2H1）V6－V1、011（H3H2H1）V5－V6、001（H3H2H1）V4－V5、101（H3H2H1）V3－V4、100（H3H2H1）V2－V3、110（H3H2H1）V1－V2。图7－2反转时120度上 从测试的信号波形可以看出在反转时位置侦测和控制信号的对应关系：001（H3H2H1）V1－V2、011（H3H2H1）V2－V3、010（H3H2H1）V3－V4、110（H3H2H1）V4－V5、100（H3H2H1）V5－V6、101（H3H2H1）V6－V1。 图7－3120度前 BLDC端电压的调节来进行调速，所以我们可以测得在不同速度下的占空比的情况。7－4所示BLDC1000rpm时的情况和图7－5所示BLDC工作在3200rpm时的情况。图7－4BLDC工作在1000rpm时 从测试的波形我们可以看出BLDC工作在1000rpm时： 脉冲的髙电平H 平 )*＝22us/124us*100%＝17.74%图7－5BLDC工作在3200rpm时 从测试的波形我们可以看出BLDC工作在3200rpm时： 脉冲的髙电平H 平 )*＝94us/126us*100%＝74.6%用电流探头对BLDC工作时的电流进 的载波为6KHz。这里对电流的测试 7－6由于用PID来对速度进行调节，所以我们可以通过