苗天壽

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所，河南 洛陽 471000）

0 引 言

使用PC軟件和DSP（多用途數(shù)字信號(hào)處理器）對(duì)直流無刷電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，串口通信能同時(shí)完成對(duì)PC端（計(jì)算機(jī)）測(cè)控信號(hào)輸出和檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。串口通信還可讓控制系統(tǒng)升級(jí)到一種新的人機(jī)交互狀態(tài)，可完成控制參數(shù)的實(shí)時(shí)有效變換。將串口通信技術(shù)應(yīng)用到直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)中，可改善控制系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而有效的操作[1]。

1 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 串口通信技術(shù)的載入

串口通信的主要參數(shù)是波特頻率、數(shù)據(jù)位、停止位及奇偶檢驗(yàn)，實(shí)際工作時(shí)需這些參數(shù)完成統(tǒng)一匹配。波特頻率是特定條件下衡量數(shù)據(jù)輸出效率的參數(shù)，可反映輸出信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)的調(diào)配變化，即一定時(shí)間內(nèi)信號(hào)數(shù)據(jù)的變化次數(shù)。數(shù)據(jù)位是信息通信時(shí)的數(shù)據(jù)參數(shù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)PC端發(fā)送信息數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信息的傳遞個(gè)數(shù)代表要傳遞的信息。實(shí)際運(yùn)用中，數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的使用[2]。

實(shí)際應(yīng)用中，停止位適用于表示一個(gè)數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)數(shù)據(jù)。雖然傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要定時(shí)，且每個(gè)傳遞設(shè)備都有自己的特定時(shí)間，但是通信過程中仍會(huì)發(fā)現(xiàn)不同步的兩臺(tái)設(shè)備，此時(shí)停止位不僅表示傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束，而且表示計(jì)算機(jī)端的時(shí)間校正功能。停止位數(shù)位的多少，決定數(shù)據(jù)時(shí)間校正程度。當(dāng)停止位數(shù)變多時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸效率降低，反之就會(huì)加快[3]。

串口通信的應(yīng)用，可促進(jìn)外接設(shè)備控制的發(fā)展，還可推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。

1.2 PC機(jī)和DSP通信連接

PC端的RS-233電路和DSP（多用途數(shù)字信號(hào)處理器）不兼容，需通過電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電路才能實(shí)現(xiàn)雙方的鏈接，如圖1所示。

圖1 PC機(jī)和DSP通信連接圖

控制器的一端和計(jì)算機(jī)采用串口鏈接，數(shù)據(jù)傳遞在下機(jī)位控制時(shí)由DSP完成。通過此操作可讓計(jì)算機(jī)主控器在控制模式中有效地使用串口通信，提高控制系統(tǒng)的可靠性，但是控制系統(tǒng)的操作難度也會(huì)增加。當(dāng)PC機(jī)和DSP完成通信后，即完成了基于串口通信技術(shù)直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

2 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)中，上位機(jī)計(jì)算機(jī)軟件采用多面型編程語言Brrlanr C++ Bullder（簡(jiǎn)稱BCB）設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)界面是基于Windows10的操作界面完成的。通過一些特定操作，上位機(jī)可完成對(duì)下位機(jī)的操作指令輸出，還可設(shè)計(jì)各種操作參數(shù)。

DSP和PC機(jī)的處理方式不一樣，處理信息速度比PC機(jī)慢。當(dāng)波特頻率較高時(shí)，DSP只負(fù)責(zé)接收傳遞數(shù)據(jù)，不參與其他工作，也會(huì)出現(xiàn)無法工作的狀態(tài)。即PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息給DSP時(shí)，需臨近數(shù)據(jù)產(chǎn)生延時(shí)效果，為DSP處理通信信息留出時(shí)間。

為達(dá)到良好的信息傳遞效果，可把PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)指令按照以下串口排列：

（1）串口初始化默認(rèn)選擇PC機(jī)com1；

（2）輸出波特頻率為9700；

（3）奇偶檢驗(yàn)位設(shè)one；

（4）數(shù)據(jù)位設(shè)9位；

（5）停止位設(shè)2位。

通信過程中，需點(diǎn)擊系統(tǒng)界面的開始建，上位機(jī)會(huì)把設(shè)定好的電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩等操作數(shù)據(jù)傳遞給DSP。此外，上位機(jī)還接收電機(jī)工作時(shí)的反饋信息。在電機(jī)工作室，采用數(shù)字組合COMa、COMb、COMc及COMd的信息傳遞方式。其中，COMa表示直流無刷電機(jī)工作模式，COMb表示低轉(zhuǎn)速，COMc表示高轉(zhuǎn)速，COMd表示扭矩。

2.2 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)

直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)中，下位機(jī)是依靠MTS457F300為主要核心數(shù)字控制器的控制系統(tǒng)。MTS457F300處理數(shù)據(jù)信息的速度和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，通過下位機(jī)的設(shè)計(jì)完全可以舍棄模擬器，便于更好地設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)時(shí)收集電機(jī)故障數(shù)據(jù)，完善數(shù)據(jù)通信。

通過計(jì)算機(jī)CPU和DSP上位機(jī)的連接，可更好地完成控制操作。下位機(jī)中，SCB接收器和發(fā)送器的作用也不可忽視，SCB的效果直接影響下位機(jī)的效率。

3 實(shí)例分析

為證實(shí)串口通信對(duì)直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的作用，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)分析。

設(shè)定直流無刷電機(jī)的主要參數(shù)：額定功率P=50W×2，轉(zhuǎn)速n=7 000 r/min，極對(duì)數(shù)p=2，直流母線的電壓U=28 V。分兩組測(cè)試數(shù)據(jù)，一種是基于串口通信直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)實(shí)測(cè)電壓波線曲線，另一種是基于普通通信電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)實(shí)測(cè)電壓波線曲線，電壓波線曲線如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，基于串口通信的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)，以DSP芯片為核心，達(dá)到了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和快速性的目的。該控制系統(tǒng)具有一般電機(jī)控制系統(tǒng)不能匹及的優(yōu)點(diǎn)——強(qiáng)大的運(yùn)算能力，具體算法通過軟件實(shí)現(xiàn)。該控制系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)，能應(yīng)用于不同場(chǎng)合，同時(shí)電壓波動(dòng)小，有利于控制電動(dòng)機(jī)。

4 結(jié) 論

基于串口通信的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)，提高了電機(jī)控制效率。結(jié)合上位機(jī)PC軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)DSP（多用途數(shù)字信號(hào)處理器）軟件，發(fā)揮DSP的數(shù)據(jù)處理能力，更好地實(shí)現(xiàn)了PC端的人機(jī)控制、控制參數(shù)的調(diào)試及反饋數(shù)據(jù)的收集處理。

圖2 電機(jī)電壓波線曲線如圖