Приведено описание цифровой системы управления девятифазным бесконтактным двигателем постоянного тока на основе микроконтроллера семейства МК-51. Информация о частоте вращения вала двигателя определяется по сигналам датчика положения вала двигателя. Обоснована практическая целесообразность использования микроконтроллера.

The article presents the description of developed digital control system for 9-phase brushless DC motor based on microcontroller of MCS-51 family. The information of rotor RPM is determined according to rotor position sensor signals. The practical expediency of usage of low-cost unspccialized microcontroller for simple control system is proved.

Несмотря на то, что стоимость специализированных микроконтроллеров для систем управления двигателями постоянно снижается, их использование в некоторых случаях является экономически неоправданным. Кроме того, к специальным цифровым системам управ¬ления требуется дорогостоящие средства разработки и отладки программного обеспечения. В некоторых случаях возможно построение достаточно дешевой цифровой системы управления с использованием более простого микроконтроллера.

Предлагаемая система управления построена на распространенном микроконтроллере семейства МК-51. Аналоги этого микроконтроллера выпускаются как зарубежной промышленностью (фирмы Atmel, Intel и т. д.), так и отечественной промышленностью (1816ВЕ51, 1830ВЕ51).

Упрощенная схема управления коммутатором (К) девятифазного бесконтактного дви¬гателя (Д) постоянного тока представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема управления многофазным БДПТ.

Логические сигналы с датчиков положения ротора (ДПР) по девяти линиям поступают на схему преобразования сигналов (СПС), где преобразуются в пятиразрядный параллельный код, который поступает на входы микроконтроллера (МК). Это преобразование необходимо, для того чтобы, уменьшить число используемых входов микроконтроллера. Алгоритм преобразования следующий:

– сигналы ДПР 1.1, ДПР 1.2 и ДПР 1.3 (три датчика положения первой трехфазной системы обмоток двигателя) передаются в микроконтроллер без изменения;

– сигналы ДПР2.1, ДПР2.2 и ДПР 2.3 (три датчика положения второй трехфазной системы обмоток двигателя) преобразуются в один сигнал ДПР2 по следующей логической формуле:

(1)

(2)

Информативность сигналов при этом не теряется: в микроконтроллере происходит восстановление информации датчиков положения второй и третьей групп по комбинациям трех сигналов первой группы и сигналов ДПР2 и ДПРЗ.

На основе этой информации в микроконтроллере происходит определение текущего положения ротора и скорости вращения двигателя. Величина скорости косвенно оценивается путем измерения времени между импульсными сигналами ДПР.

Выходные сигналы микроконтроллера поступает на схему разделения сигналов (СРС), которая позволяет разделить шесть управляющих сигналов с микроконтроллера на восемнадцать сигналов управления ключами коммутатора. Обеспечить подачу этих восемнадцати сигналов непосредственно с микроконтроллера невозможно в связи с недостаточным количеством портов вывода. Схема разделения сигналов основана на трех буферных регистрах (К555ИР22). Алгоритм разделения сигналов выглядит следующим образом (рисунок 2):

Рисунок 2. Алгоритм разделения управляющих сигналов коммутатора.

Коммутатор состоит из трех трехфазных мостовых инверторов напряжения, выполненных на полевых транзисторах.

Разработанная система управления позволяет реализовать:

• плавный разгон двигателя до заданной частоты;
• дискретное и плавное изменение желаемой частоты вращения, в зависимости от команд управления;
• плавный переход от одной частоты вращения к другой и останов;
• реверсирование двигателя.

В связи с тем, что микроконтроллер не имеет аппаратной возможности генерации ШИМ-сигнала, широтноимпульсная модуляция осуществляется программными средствами.

Стабилизация частоты вращения осуществляется за счет использования релейного регулятора скорости, который осуществляет увеличение или уменьшение длительности импульса ШИМ в зависимости от текущей скорости. В микроконтроллер могут быть зашиты несколько фиксированных значений необходимой частоты вращения. Кроме того, частота вращения может изменяться плавно в соответствии с программой управления.

По предложенной схеме создан опытный образец с использованием микроконтроллера АТ89С51 (фирмы Atmel). Проведенные эксперименты подтвердили достаточную эффективность разработанной системы управления.

Литература

1.Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994

2.Бесконтактные двигатели постоянного тока с транзисторными коммутаторами. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Л., «Наука», 1979.