基于ATmega48的三相無刷電機控制方法
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無刷直流電機以其重量輕，體積小，加速性能好，運行平穩(wěn)，噪音低等優(yōu)點而廣泛用于丁業(yè)和民用產(chǎn)品中。無刷直流電機的功率因數(shù)高，無轉(zhuǎn)子損耗，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速能嚴格地與電源頻率保持同步。轉(zhuǎn)子磁場由永久磁鐵產(chǎn)生。通常，采用電壓源型脈寬調(diào)制(PWM)控制作為無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)用的驅(qū)動器。近年來，國外紛紛推出以單片機(MCU)為核心的單片電機控制器，它南一個MCU再配備外圍驅(qū)動電路構(gòu)成，能大大降低成本，縮小體積，緊湊結(jié)構(gòu)，提高可靠性。在此，介紹r采用Atmega48單片機實現(xiàn)三相無刷直流電機控制器的方法。
2 ATmega48單片機
ATmega48單片機是Atmel公司基于自動電壓調(diào)整器(Automatic Voltage Regulator，簡稱AVR)增強型精簡指令集計算機(RISC)結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。具有先進的指令集及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，其數(shù)據(jù)吞吐率可以達到1 MIPS/MHz。AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。這些寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU)相連接．可在一個時鐘周期內(nèi)通過一條指令同時訪問兩個獨立的寄存器，因此可提高代碼效率。
ATmega48的硬件資源有：4 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash：256字節(jié)的EEPROM：512字節(jié)的SRAM；23個通用I／0口線；32個通用工作寄存器；2個帶獨立預(yù)分頻器和比較器的8位定時器／計數(shù)器；1個帶預(yù)分頻器、比較器和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器；帶獨立振蕩器的實時計數(shù)器；6個通道PwM；8路10位A／D轉(zhuǎn)換器；6路10位A／D轉(zhuǎn)換器；可編程的串行USART接口；可工作于主機／從機模式的SPI串行接口；面向字節(jié)的2線串行接口；獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；片內(nèi)模擬比較器及5種可通過軟件選擇的省電模式。ATmega48具有豐富的I／0口、A／D轉(zhuǎn)換器、定時器／計數(shù)器、PWM通道等資源，為實現(xiàn)三相無刷直流電機的控制、換相檢測等提供了方便。
3 三相無刷電機的控制實現(xiàn)方法
圖1示出采用ATmega48單片機實現(xiàn)三相無刷電機控制器的原理圖。圖中，PC0、PCI和PC2為輸入，用以接收來自電機U，V，W換相的霍爾傳感器檢測信號；PD5和PD6用于控制電機U相的功率驅(qū)動器件；PBl和PB2用于控制電機V相的功率驅(qū)動器件；PD3和PB3用于控制電機W相的功率驅(qū)動器件；PC3為電機給定轉(zhuǎn)速的輸入電壓。
作為一種同步電機，直流無刷電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受定子旋轉(zhuǎn)磁場速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)子的極數(shù)固定時，只要改變定子的旋轉(zhuǎn)磁場頻率，即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機是一種控制定子的旋轉(zhuǎn)磁場頻率，并將電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速回饋控制中心進行反復(fù)校正．以達到接近直流電機的特性。當(dāng)負載變化時，它能在額定負載范圍內(nèi)控制電機的轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。
圖2給出用于圖1中的功率驅(qū)動電路。該驅(qū)動部分由上臂VQl，VQ3，VQ5和下臂VQ2，VQ4，VQ6的6個功率晶體管組成，用于連接電機作為控制流經(jīng)電機繞組的開關(guān)。控制部分提供PWM，用于決定功率晶體管開關(guān)頻率及換相的時刻。在控制直流無刷電機轉(zhuǎn)速時．通常希望在負載變化時也能使電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值內(nèi)，而不發(fā)生太大的波動。因此，在無刷電機內(nèi)部設(shè)置霍爾傳感器．以感應(yīng)磁場變化，該傳感器既可作為電機轉(zhuǎn)速中閉環(huán)控制的速度反饋部件，也可作為相序控制的依據(jù)。
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