齊齊樂

（中國航空工業(yè)集團公司金城南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211100）

電機控制系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)需要嵌入式單片機的作用，從硬件和軟件兩個方面相統(tǒng)一才能夠保證其運轉(zhuǎn)效率。從硬件應(yīng)用方面來看，嵌入式單片機的使用有利于完善電機結(jié)構(gòu)，從軟件應(yīng)用方面來看，嵌入式單片機是軟件處理信息數(shù)據(jù)的重要組成部分。將嵌入式單片機應(yīng)用到電機控制系統(tǒng)能夠有效降低能源消耗，在原有的基礎(chǔ)上優(yōu)化電機控制系統(tǒng)的相關(guān)性能。

1 嵌入式單片機的使用條件

嵌入式單片機是電機控制系統(tǒng)中不可或缺的部分，對電力控制系統(tǒng)的發(fā)展起著促進作用。嵌入式單片機對電機控制系統(tǒng)而言有著重要的意義，為了保證嵌入式單片機充分發(fā)揮出自身的使用價值，就需要在使用過程中保證電機控制系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)，對電機轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)向、換相順序等方面進行分析與掌握，確保這些方面能夠順利運行。

1.1 注重對電機轉(zhuǎn)速的分析，對電機轉(zhuǎn)速進行合理的控制

電機轉(zhuǎn)速控制過程較為簡單，其利用到的原理也較為簡明，其原理如下:系統(tǒng)可以收集由嵌入式單片機發(fā)出的脈沖信號，并對脈沖信號的頻率進行分析，將這些數(shù)據(jù)通過電信號傳遞給系統(tǒng)核心，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速進行控制。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，對電機轉(zhuǎn)速進行控制的方法主要有兩種。第一種是，相關(guān)的技術(shù)人員在接收到信號之后，通過主觀控制對嵌入式單片機的運轉(zhuǎn)時間進行調(diào)整，從而改變脈沖信號頻率，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)機的控制。這種方法費時較多，應(yīng)用價值不高。第二種是，為了保證對脈沖信號進行及時而有效的控制，在原有的基礎(chǔ)上安裝定時器，并依據(jù)實際需求，調(diào)節(jié)定時器，從而對脈沖信號實現(xiàn)有效的控制。這種方法與第一種相比，能夠節(jié)省時間，同時節(jié)省人力資源。

1.2 明確電機轉(zhuǎn)向的原理，有效控制電機轉(zhuǎn)向

電機轉(zhuǎn)向的操作過程較為復(fù)雜，但其本身具有的原理卻是固定的、簡單的。電機轉(zhuǎn)向?qū)㈦姍C通電相序作為基礎(chǔ)，在該基礎(chǔ)之上，通過對相序的調(diào)整而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向工作。在控制過程中，工作人員需要明確電機轉(zhuǎn)向的原理，通過合理的通電相序，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)向的控制功能。

1.3 掌握換相的方法，進一步對換相順序進行控制

為了保證電機控制系統(tǒng)的正常運行，工作人員需要掌握電機換相的相關(guān)方法，利用電機換相的原理，實現(xiàn)對電機控制系統(tǒng)的控制。換相順序與脈沖分配聯(lián)系較為密切，可以說脈沖分配在一定程度上體現(xiàn)出了換相順序。在脈沖分配過程中，主要有2種具體的做法。第一種是軟件法，軟件法可以有效地借助嵌入式單片機的優(yōu)勢，對所發(fā)出的脈沖信號進行收集與處理，然后再進行脈沖分配。但是軟件法在實際使用的過程中，需要進行設(shè)定工作。第二種是硬件法，硬件法在控制換相順序中應(yīng)用了脈沖分配器芯片。將軟件法與硬件法進行對比，不難發(fā)現(xiàn)，硬件法在一定程度上能夠彌補軟件法存在的缺陷，同時，在生產(chǎn)過程中，人們對硬件法的使用較多，因此硬件法的應(yīng)用范圍較為廣泛。

2 嵌入式單片機在電機控制系統(tǒng)中的硬件應(yīng)用

2.1 優(yōu)化整體的硬件結(jié)構(gòu)

電機控制系統(tǒng)主要由CPU控制芯片、電子轉(zhuǎn)子位置傳感器和驅(qū)動模塊設(shè)計這三部分組成。在運行過程中所用到的原理是：首先，電子轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測實際位置并將電子轉(zhuǎn)子的位置等相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU控制芯片中，CPU控制芯片進一步將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號傳輸，將這些信息呈遞給驅(qū)動模塊，之后驅(qū)動模塊進一步處理這些信息將其轉(zhuǎn)化為一個個的指令，使電機運行。在完成這一系列的流程之后，CPU控制芯片能夠進一步監(jiān)測運行的條件，并調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，使其能夠達到合適的運行效率。除此之外，CPU控制芯片還可以根據(jù)電子轉(zhuǎn)子位置傳感器所提供的信號進一步分析并計算出轉(zhuǎn)子實際運行的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速之間存在的差異，并將這些差異以電信號的方式傳遞給電機控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。

2.2 應(yīng)用到電子轉(zhuǎn)子位置檢測電路中

霍爾位置傳感器在運行過程中遵循以下原理：霍爾位置傳感器通過轉(zhuǎn)動部分與靜止部分的相互協(xié)調(diào)共同完成監(jiān)測工作。其中轉(zhuǎn)動部分是指電機轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子通過槽、齒擋光盤等相關(guān)的組件進行同步的轉(zhuǎn)動，其中擋光盤通過槽齒部分對光線起到一個遮擋的作用，并依據(jù)產(chǎn)生的光差實現(xiàn)對高、低等信號的確認，從而對電機轉(zhuǎn)子的實際位置進行監(jiān)測?；魻栁恢脗鞲衅髟陔姍C中的應(yīng)用能夠保證電機轉(zhuǎn)子的位置被及時、準確的監(jiān)測到，在此基礎(chǔ)上，工作人員能夠收集相關(guān)的監(jiān)測信息，并對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對電機的優(yōu)化與整合，進一步提升電機控制系統(tǒng)的性能。

2.3 應(yīng)用于硬件電路設(shè)計

嵌入式單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計可分為系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置兩大類。其中系統(tǒng)擴展是指嵌入式單片機內(nèi)部的一些功能單位，例如中斷系統(tǒng)、數(shù)字儲存器等，當它們不能滿足系統(tǒng)的實際需求時，可進行片外擴展，選擇合適的芯片，通過設(shè)計相應(yīng)的電路來滿足系統(tǒng)需求。

2.4 應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)

嵌入式單片機應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計與研發(fā)過程中，研究與開發(fā)的步驟大概分為以下三個階段。第一個階段是指提前的策劃階段，即確定嵌入式單片機的研發(fā)方向。在這個階段中工作人員需要對項目的實際需求進行分析，確定好系統(tǒng)的具體設(shè)計以及估計設(shè)計能夠做到哪種程度，同時對軟件和硬件的設(shè)計內(nèi)容進行一定的劃分，尋找相關(guān)的資料，使設(shè)計能夠變得更加具有預(yù)測性。第二個階段是指實際的施工階段。這一階段主要是將硬件和軟件的設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的一個過程。這一過程較為復(fù)雜會受到多種因素的影響，需要將策劃階段的方案作為工作實施的基礎(chǔ)，依據(jù)策劃方案提供的設(shè)計概念以及設(shè)計圖等，進一步設(shè)計出嵌入式單片機接口的電路芯片的相關(guān)數(shù)字電路，并完成模擬器中相關(guān)電路的設(shè)計工作。第三個階段，是最后的驗證階段。這一階段的工作較為簡單，對硬件和軟件的脫機進行最后的調(diào)試，并驗證設(shè)計工作是否符合實際需求，形成一份完整的文檔記錄。

2.5 應(yīng)用于系統(tǒng)運行、調(diào)試和維護過程中

系統(tǒng)在開發(fā)和利用的過程中離不開調(diào)試工作。調(diào)試能夠及時彌補電機控制系統(tǒng)在運行過程中的不足，并規(guī)范一些不確定因素。通過調(diào)試工作，工作人員能夠明確電機控制系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，在一定程度上能夠預(yù)測電機控制系統(tǒng)故障位點，并加以保護，從而降低電機控制系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。調(diào)試工作可以根據(jù)調(diào)試對象的不同，劃分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩種，其中硬件調(diào)試針對的是硬件，主要解決電路中存在的問題；軟件調(diào)試針對的是軟件，主要是對模擬仿真系統(tǒng)的修復(fù)，解決模擬仿真中的不安全因素引發(fā)的問題。相關(guān)工作人員應(yīng)該對這2種方法進行融合，結(jié)合利用，以保證系統(tǒng)的順利運行。

3 嵌入式單片機在電機控制系統(tǒng)中的軟件應(yīng)用

電機控制系統(tǒng)在實際運行過程中，會遇到多任務(wù)管理、多任務(wù)切換等情況，如何在短時間內(nèi)完成多任務(wù)管理工作以及協(xié)調(diào)好多任務(wù)之間的關(guān)系十分重要。在電機控制系統(tǒng)中使用嵌入式單片機能夠快速實現(xiàn)多任務(wù)管理操作，發(fā)揮出實時操作的優(yōu)勢。同時，嵌入式單片機也是電機控制系統(tǒng)內(nèi)軟件應(yīng)用中不可缺少的部分。根據(jù)自身的實際需求，相關(guān)用戶可以選擇μ CLinux等一系列調(diào)度函數(shù)，對已經(jīng)存在的任務(wù)進行處理，在處理過程中用戶還能夠根據(jù)實際情況完成對一些任務(wù)的切換，保證每個任務(wù)的優(yōu)先順序。主要有以下幾個步驟:首先，需要對任務(wù)的等級進行測定，并按照優(yōu)先順序或者重要順序排列；然后，對任務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效的處理；最后，通過驅(qū)動輸出等相關(guān)的措施，實現(xiàn)對任務(wù)的完結(jié)。在最初的操作μCLinux應(yīng)用過程，能夠?qū)⒁恍?shù)據(jù)初始化，在此基礎(chǔ)上再提出新的任務(wù)，保證相關(guān)用戶能夠選擇合適的函數(shù)，進一步協(xié)調(diào)任務(wù)調(diào)度等工作。除此之外，在電機控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式單片機，能夠在一定程度上改良故障報警功能，面對一些突發(fā)狀況能夠進行及時的提示與警報，提醒相關(guān)工作人員做好維護措施。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著時代的不斷發(fā)展，電機控制系統(tǒng)的相關(guān)性能已經(jīng)得到了大幅提升，電機的控制系統(tǒng)離不開嵌入式單片機的應(yīng)用。如何進一步提升嵌入式單片機的使用效率，還需要相關(guān)技術(shù)人員對其影響因素進行分析與研究，在此基礎(chǔ)上，盡可能滿足我國對電機控制系統(tǒng)的實際需求，設(shè)計出更加符合當前經(jīng)濟形勢的系統(tǒng)。與此同時，相關(guān)技術(shù)人員可以對微處理芯片以及電機控制系統(tǒng)中智能化技術(shù)的應(yīng)用進行深入挖掘，發(fā)揮二者的優(yōu)勢，從根本上提升電機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效節(jié)省成本。