一体机控制设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,基于,dsPIC30F4011,芯片的无刷直流电机一体机双闭环控制器设计,东南大学 林明耀教授,2010，12，1,1基于dsPIC30F4011芯片的无刷直流电机一体机双闭环,一体机控制器设计简介,一体机控制器硬件设计,一体机控制器软件设计,一体机控制系统测试结果,总结与展望,一体机控制器设计简介,设计简介,背景及意义,无刷直流电机,(brushless DC motor,BLDCM),结构简单、运行可靠、调速性能好，在工业和商业领域得到广泛应用。,将电机与控制器有机结合，设计成一体机，结构紧凑、体积小、可靠性高，具有非常重要的工程实用价值。,设计简介背景及意义,控制器简介,采用,dsPIC30F4011,为核心控制芯片,设计了与,PC,机及,PLC,通信接口，方便操作,对电机转速、电流实现双闭环,PI,控制,采用软硬件结合实现过,/,欠压，过流和过温保,护等功能,可实现快速起动、停车、切换旋转方向,整个控制系统结构紧凑，,功能丰富，运行,可靠,设计简介,控制器简介 设计简介,一体机控制器设计简介,PC,通信接口,PLC,通信接口,主芯片,一体机控制器设计简介PC通信接口PLC通信接口主芯片,一体机控制器硬件设计,控制器原理框图,一体机控制器硬件设计控制器原理框图,主电路,主电路,24V,直流电源逆变桥为无刷直流电机供电,24V,转变成,15V,及,5V,分别为,MOSFET,驱动电路、数字信号处理器,dsPIC30F4011,及外围电路供电,DSC,捕获霍尔信号，获得,BLDCM,换相及并根据换相时间间隔计算转速,电压电流检测电路把直流侧电压电流转换成,0-5V,适合,A/D,转换的电压量，并为硬件过流、过压保护电路提供信息,。温度检测电路通过,IIC,方式直接发送数字温度给,DSC,设计控制器与,PLC,通信接口，并编写了控制器与,PC,机异步串口通信协议,一体机控制器硬件设计,24V直流电源逆变桥为无刷直流电机供电一体机控制器硬件设计,主控芯片选取,采用美国,Microchip,公司生产的数字信号控制器,(DSC)dsPIC30F4011,为核心控制芯片,一体机控制器硬件设计,dsPIC30F4011,主控芯片选取一体机控制器硬件设计dsPIC30F4011,dsPIC30F4011,一款高性能、低成本电机控制专用芯片,集单片微处理器,(MCU),和数字信号处理器,(DSP),于一 体，快速处理数据,电机控制模块，可编程输出,6,路,PWM,信号,10,位,AD,采样模块，,有电平变化捕捉接口和正交编码器接口,具有,IIC,、,SPI,、,UART,、,CAN,通信接口,大大简化了外围电路的设计,一体机控制器硬件设计,dsPIC30F4011一体机控制器硬件设计,逆变桥驱动电路,驱动芯片采用,IR,公司生产的,IR2101,，,输入端具有施密特触发器，能够自动屏蔽小的扰动，防止误动作,DSC,电机,PWM,控制模块驱动功率大，不采用光耦隔离放大，降低了成本，减小了控制器体积,一体机控制器硬件设计,逆变桥驱动电路一体机控制器硬件设计,一体机控制器硬件设计,电流检测电路,系统控制方式采用二二导通方式,，,通过检测逆变桥直流侧电流，由运算放大器及电阻网络，将电流信号转换成电压,一体机控制器硬件设计电流检测电路,一体机控制器硬件设计,电流采样电路输出电压为,：,选取合适的电阻，线性测量电流范围,-20A,至,22A,，对应运放输出,Vo,为,0-4.8V,，适合于,AD,转换和硬件保护输入的电压范围,一体机控制器硬件设计电流采样电路输出电压为：选取合适的电阻，,过流过压保护电路,电压电流采样电路输出，与标准电压进行比较，,DSC,捕获比较结果，实现保护功能,一体机控制器硬件设计,过流过压保护电路一体机控制器硬件设计,PCL,接口电路,控制系统向,PLC,输出包括欠,/,过压、过流及过温报警信,息和速度达到指定速度信息；,PLC,向控制系统输入各种控制量，包括启动、停止、,切换转向等信息。,一体机控制器硬件设计,PCL接口电路一体机控制器硬件设计,为使控制系统获得良好动稳态特性，采用,速度、电流双闭环,PI,控制策略,，,控制框图为：,一体机控制器软件设计,为使控制系统获得良好动稳态特性，采用速度、电流双闭环,软件流程图,一体机控制器软件设计,软件流程图一体机控制器软件设计,系统软件流程主要包括主程序、霍尔信号捕获中断程序、,AD,采样中断程序及电机制动程序,主程序主要包括各种全局变量的宏定义、,PWM,模块、霍尔捕获、,AD,、,IO,口、,UART,等系统初始化，并实现与,PC,机及,PLC,通信功能,霍尔信号捕获中断程序主要实现电机换相、获取电机实际转速、计算速度环,PI,值功能,AD,采样中断程序主要实现将直流侧电压、电流转换成数字量，计算电流环,PI,，并在软件中实现过流及欠,/,过压保护和限制泵升电压过大等功能,电机制动程序实现能耗制动，快速停机的功能,一体机控制器软件设计,系统软件流程主要包括主程序、霍尔信号捕获中断程序、A,一体机控制系统,电机,控制器,直流电源,实验平台,一体机控制系统电机控制器直流电源实验平台,实验结果,一体机控制系统测试结果,空载实验,红线为设定转速,蓝线为实际转速,转速变化,电流变化,实验结果一体机控制系统测试结果空载实验红线为设定转速 转,一体机控制系统测试结果,参考转速为,1500r/min,负载变化时实验结果,加载,卸载,转速变化,电流变化,一体机控制系统测试结果参考转速为1500r/min,负载变化,参考转速为,3000r/min,负载变化时实验结果,转速变化,电流变化,加载,卸载,参考转速为3000r/min,负载变化时实验结果 转速变化电,从测试结果可知，该一体机系统具有：,良好的稳态性能，稳态时转速误差可以控制在,0.3%,内,良好的动态响应性能，能够快速达到参考速度，且超调小,一体机控制系统测试结果,一体机控制系统测试结果,总结与展望,综合考虑电机形状、大小、功率等因素，设计一体机的控制电路，将电机与控制器有机结合，开发出一体机控制器。,使一体机控制器：,占用空间小,易于工业安装,操作简化，可靠性高,易于实现多台电机联动控制,总结与展望 综合考虑电机形状、大小、功率等因素,谢谢,！,谢谢！,