dsPIC30F3010实现无刷直流电机的无传感器控制

liyf

                    1 引言
无刷直流电机既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好的特性，因此在各行业中的应用日益广泛。无刷直流电机是一种特殊的永磁同步电机，传统的无刷直流电机大多数采用位置传感器确定转子位置，并据此控制驱动电路换相。由于位置传感器的存在，增加了电机体积和成本，降低了电机可靠性，限制了某些场合的应用。
本文给出一种基于反电动势过零点检测法控制无刷直流电机的实现方法，该方法所需硬件简单。软件功能强大。
2 无刷直流电机的结构
无刷直流电机由电机本体、转子位置检测电路以及电子开关电路3部分组成。其示意图如图1所示。

用AN2、AN3、AN4实现电机端电压检测，得到反电动势过零点。采用PWM模块控制6个MOS-FET通断，就可实现换相。采用不同的占空比就可实现对电机调速。
通过对阻值为0.1Ω的电阻端电压的检测获取过流、过载信息，根据电机的实际情况调整放大倍数和比较器的参考电压。
因电机反电动势通常比5 V高，故必须通过电阻分压后才能进行A／D转换，分压电阻根据电机母线电压不同取不同值，只要能保证分压后的电压在微控制器的允许范围内即可。
3相逆变桥由6个MOSFET构成，本系统设计采用IR2407，它可承受600 V电压，电流达49 A。PWM驱动器由3片IR2110构成。
由于dsPIC30F3010为28引脚器件，I／O口有限，不能设计人机接口，因此，需采用RS-232接口与PC机连接，通过超级终端软件实现人机对话。
6 系统软件设计
软件由初始化模块、启动模块及无传感器运行模块构成。因电机启动时转速很低，反电动势很小，故反电动势过零点检测法失效。只能用开环控制电机，当电机达到一定转速后切换到闭环控制，采用反电动势过零点检测法检测转子位置，所以启动模块是必须的。软件主程序流程如图6所示。

在反电动势过零点检测模块中，对经电阻分压后的端电压进行A／D转换，再根据式(1)、(2)、(3)计算各相反电动势，如果某相的反电动势为零，则该时刻对应着该相反电动势过零点。如果三个值都不为零，则说明换相时刻还没有到来，不需要换相。这就要求对端电压分压的电阻必须对称，以减小误差，且A／D转换频率应该与电机转速相匹配。
7 结束语
实验证明，该无刷直流电机硬件结构简单、可控性好。低速启动时，电机性能不如有传感器无刷直流电机，但启动后性能与有传感器相当。无传感器无刷直流电机可在恶劣的工作环境下工作，受干扰比较小，可靠性高，成本低，具有较广阔的市场前景。