【摘要】 近幾年，單片機(jī)、DSP 等微處理器為核心的數(shù)字系統(tǒng)取代模擬系統(tǒng)，成為電機(jī)的主流控制系統(tǒng)。本文主要對(duì)基于單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)控制進(jìn)行研究，提出模糊PID控制策略，對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)和控制軟件的開(kāi)發(fā)，使其能夠良好的結(jié)合。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 直流電機(jī) 控制系統(tǒng)

直流電機(jī)的制動(dòng)、啟動(dòng)和調(diào)速性能十分良好，因此得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)可采用脈沖計(jì)數(shù)采樣測(cè)速，通過(guò)脈寬調(diào)制控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的測(cè)量和控制?；诖耍疚牟捎肧TC89C52單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)出無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。

一、無(wú)刷直流電機(jī)及調(diào)速控制原理

直流電動(dòng)機(jī)比交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能更好，但是直流電動(dòng)機(jī)會(huì)由于機(jī)械換向器產(chǎn)生噪聲、火花、電磁干擾等。目前常用的控制方式為PID控制。模糊PID控制是由模糊控制與PID控制相結(jié)合產(chǎn)生的，是一種比傳統(tǒng)PID控制抗干擾能力更強(qiáng)、魯棒性更好的控制方式。模糊PID控制由于在常規(guī)PID控制中加入了模糊控制，不再依賴(lài)于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，所以在一定程度上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的抗擾性與適用范圍。

二、無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用了一種STC系列單片機(jī)作為主控制芯片。BLDCM控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分，它們分別為控制系統(tǒng)的硬件部分和控制系統(tǒng)的軟件部分。硬件設(shè)計(jì)包括控制電路、驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)、中斷子程序設(shè)計(jì)等。圖1為 BLDCM控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

三、無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1主控制電路

由于DSP價(jià)格非常昂貴，對(duì)產(chǎn)品的價(jià)格產(chǎn)生影響，本設(shè)計(jì)選用STC89C52 單片機(jī)為主控制芯片。這種單片機(jī)控制不僅具有MC33035控制芯片的所有功能，而且還能夠通過(guò)軟件編程的方式對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多功能控制，并且運(yùn)用這種控制芯片的系統(tǒng)在可靠性上得到了保障?？刂菩酒琒TC89C52 各個(gè)引腳的介紹如下：

1～8腳：通用I/O接口p1.0～p1.7；

9腳：RST復(fù)位鍵；

10～17：I/Op3接口（10，11腳：RXD串口輸入TXD串口輸出；12，13腳INT0中斷0，INT1中斷1；14，15：計(jì)數(shù)脈沖T0、T1；16，17：WR寫(xiě)控制RD讀控制輸出端）；

18，19：晶振諧振器；

20：地線；

21～28P2接口：高8位地址總線；

29：PSEN片：外rom選通端單片機(jī)對(duì)片外rom操作時(shí)29腳（PSEN）輸出低電平；

30：ALE/PROG地址鎖存器；

31：EArom取指令控制器：高電平片內(nèi)取，低電平片外取；

32～39：P0.7～P0.0；

40：電源5V。

2、驅(qū)動(dòng)電路。我國(guó)三相橋式功率開(kāi)關(guān)管主要選用N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，即上橋、下橋全部使用NMOS功率管，常用的實(shí)現(xiàn)方法有三種：一種是采用國(guó)際整流器公司的IRZ130、2133等專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，外加一個(gè)隔離二極管和自舉電容獲得高于供電正極12～15V的電源；二種是采用通用的雙極型三極管驅(qū)動(dòng)，模擬驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片獲得12～15V的電源；三種是采用專(zhuān)門(mén)電路，產(chǎn)生供電正極10～15V的電源。美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110系列驅(qū)動(dòng)器芯片，不僅具有光耦隔離也就是體積小的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也還具有電磁隔離也就是速度快的優(yōu)點(diǎn)，這是一種常用于中小功率變換裝置中的驅(qū)動(dòng)芯片，本文選用了IR2110s作為驅(qū)動(dòng)芯片。

3、DC 電源電路 。在系統(tǒng)中，LM358，IR2110s驅(qū)動(dòng)電路需要使用15V電壓供電，而單片機(jī)系統(tǒng)，霍爾傳感器使用5V電壓，本文是采用了一種24V 的DC開(kāi)關(guān)電源供電，所以需要將其轉(zhuǎn)換成5V電壓、15V電壓。

4、電流檢測(cè)電路。電流檢測(cè)的方法包括電阻采樣法、磁敏電阻法以及霍爾電流傳感器法等。在綜合考慮系統(tǒng)成本與性能的情況下，雖然電阻采樣法相對(duì)與其他兩種方法精度有點(diǎn)低，但相應(yīng)的降低了成本，所以本文采用了電阻采樣法。電阻采樣法電流檢測(cè)的原理是：在控制系統(tǒng)母線上和地線之間串聯(lián)上一個(gè)已知小電阻，然后檢測(cè)電阻兩端的壓降，根據(jù)歐姆定理可以算出電流值。

四、無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序主要完成以下功能：首先是系統(tǒng)的初始化，其次是檢測(cè)是否發(fā)出電機(jī)啟動(dòng)命令，接到啟動(dòng)命令后通過(guò)PID 算法緩慢增加PWM端口輸出信號(hào)的占空比，使電機(jī)緩慢啟動(dòng)，最后檢測(cè)是否發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整命令，保證電機(jī)跟隨給定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。

五、結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，基于模糊PID控制策略，對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。