基于AVR單片機的無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計

　　嚴格地講，永磁無刷直流電機是一個多變量、非線性系統(tǒng)，線性是在一定的范圍內(nèi)和一定程度上對永磁無刷直流電機系統(tǒng)的近似描述。而在對永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)的精度和性能要求較低的應(yīng)用場合，可以忽略系統(tǒng)的非線性，或者局部線性化后，在一定范圍內(nèi)可以滿足對控制的要求。

　　控制系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架

　　系統(tǒng)硬件主要由控制電路、驅(qū)動電路、顯示電路、RS-232接口電路組成，如圖1控制系統(tǒng)硬件框圖所示。

　　由永磁無刷直流電機運行原理可以知道，永磁無刷直流電機的平均工作電流與轉(zhuǎn)速成反比例函數(shù)關(guān)系，也即轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，因此控制無刷直流電機轉(zhuǎn)速就可以控制其電磁轉(zhuǎn)矩，而且永磁無刷直流電機通過改變電源電壓實現(xiàn)平滑調(diào)速。從圖1可以看出，本系統(tǒng)是速度閉環(huán)和電流閉環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)?；魻栁恢脗鞲衅鞯奈恢眯盘柦?jīng)信號處理后送專用驅(qū)動芯片后產(chǎn)生一個速度脈沖信號經(jīng)單片機處理轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，再運用增量式PID算法，得到PWM控制信號經(jīng)過光耦隔離電路驅(qū)動專用集成驅(qū)動芯片閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速，并且霍爾電流傳感器檢測的電流信號進入Atmega 16L單片的A/D轉(zhuǎn)換器[3-4]，將電流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進行電流閉環(huán)控制。同時，單片機還監(jiān)控控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當系統(tǒng)出現(xiàn)短路、過流、過壓等故障時，單片機將封鎖PWM輸出信號，使電機停機，并通過LED電路顯示故障。

　　PWM信號產(chǎn)生及處理電路

　　Atmega 16L產(chǎn)生的PWM信號通過光電藕合器產(chǎn)生同周期的PWM信號，經(jīng)分壓濾波之后輸出一個O-5V的用于驅(qū)動電路的調(diào)速電壓。為了起到隔離效果，在光電耦合器輸入端采用與Atmega 16L相同的5V電壓，在輸出端采用給電機供電的12V電壓。采用穩(wěn)壓二極管使光電耦合器穩(wěn)到9V，它的PWM信號經(jīng)兩級RC濾波之后變得平滑，并且光電耦合器的兩端分別接地，所以光電耦合器起到了主控電路與驅(qū)動電路電氣隔離作用。