基於ATmega48的三相无刷电机控制班级自控三乙姓名柯宏明学号.PDFVIP

基於 ATmega48 的三相無刷電機控制 班級：自控三乙 姓名：柯宏明 學號 指導老師：林開政 老師 一、無刷馬達控制方法: 無刷直流電機以其重量輕，體積小，加速性能好，運行平穩，噪音低等優點 而廣泛用於丁業和民用產品中。無刷直流電機的功率因數高，無轉子損耗，其轉 子轉速能嚴格地與電源頻率保持同步。轉子磁場由永久磁鐵產生。通常，採用電 壓源型脈寬調製(PWM)控製作為無刷直流電機調速系統用的驅動器。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 圍驅動電路構成，能大大 降低成本，縮小體積，緊湊結構，提高可靠性。在此， 介紹r採用Atmega48 單片機 實現三相無刷直流電機控制器的方法。 1.1 元件功能: ATmega48 單片機 是Atmel公司基於自動電壓調整器 ，增強型精簡指令集計算 機(RISC)結構的低功耗 8 位CMOS微控制器。具有先進的指令集及單時鐘週期指 令執行時間，其數據吞吐率可以達到 1 MIPS/MHz 。AVR 內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邏輯單元(ALU)相連接．可在 一個時鐘週期內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。 1.2 控制方法: 圖 1 示出採用 ATmega48 單片機實現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 用於控制電機 U 相的功率驅動器件；PBl 和 PB2 用於控制電機 V 相的功率驅動器件；PD3 和 PB3 用於控制電機 W 相的功率驅動器件；PC3 為 電機給定轉速的輸入電壓。 作為一種同步電機，直流無刷電機的轉子轉速受定子旋轉磁場速度及轉子極數的 影響。當轉子的極數固定時，只要改變定子的旋轉磁場頻率，即可改變轉子的轉 速。直流無刷電機是一種控制定子的旋轉磁場頻率，並將電機轉子轉速回饋控制 中心進行反復校正．以達到接近直流電機的特性。當負載變化時，它能在額定負 載範圍內控制電機的轉子維持一定的轉速。 圖 2 給出用於圖 1 中的功率驅動電路 。該驅動部分由上臂VQl ，VQ3 ，VQ5 和下臂 VQ2 ，VQ4 ，VQ6 的 6 個功率晶體管組成，用於連接電機作為控制流經電 機繞組的開關。控制部分提供 PWM ，用於決定功率晶體管開關頻率及換相的時 刻。在控制直流無刷電機轉速時．通常希望在負載變化時也能使電機轉速穩定在 設定值內，而不發生太大的波動。因此，在無刷電機內部設置霍爾傳感器．以感 應磁場變化，該傳感器既可作為電機轉速中閉環控制的速度反饋部件，也可作為 相序控制的依據。 當控制器工作時，可根據霍爾傳感器檢測到電機轉子的當前位置，依照定子 繞組決定開啟或關閉功率晶體管的順序，使電流依序流經電機線繞組，以產生順 向或逆向的旋轉磁場，並與轉子的磁鐵相互作用，使電機順時或逆時轉動。當電 機轉子轉動到霍爾傳感器檢測出另一組信號的位置時，再開啟下一組功率晶體管， 如此循環，電機就能依據同一方向繼續轉動，直到控制器決定使電機轉子停止時， 則關閉功率晶體管；決定使電機轉子反向時 ，則開啟功率晶體管，但順序相反。 PWM 是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生 PWM 是實現準確控制速度的核 心。 圖 2 中的開關器件採用MOSFET ，它們是不能在關斷瞬間切換的。如果UH和UL 是反向信號，那麼，在同一時刻，一個開關器件導通，另外一個開關器件截止。 在這段過渡時期，會有一個短暫的時間，其中一個開關器件並未完全截止，而另 一個也是導通的，這樣會使電源與地直接連接，使得大電流流經晶體管。在工程 應用中必須避免這種情況，因為若電路中沒有必要的硬件保護，極有可能損壞驅 動裝置。因此，在控制 電路 中，每個PWM過渡期都應增加死區時間。要求在一 個很小的時間內，上臂開關和下臂開關都不導通，即產生帶死區的PWM信號。 圖 3 示出採用ATmega48 形成帶死區時間的PWM信號原理。ATmega48 中定時器 ／計數器的雙斜率模式可產生帶死區時間的PWM信號，它能產生一個關於 B0TTOM