Назад в библиотеку

Управление вентильным двигателем с использованием микроконтроллеров PIC18FXX31

Авторы: Падмарая Едамейл
Источник: Microchip Technology Inc.

Введение

Периферия семейств микроконтроллеров PIC18F2331/2431/4331/4431 предназначена для построения устройств управления электродвигателями . Список периферийных устройств микроконтроллеров и их основные возможности:

◊ ШИМ управление питанием

◊ Интерфейс квадратурного энкодера (ИКЭ)

◊ Вход захвата (ВЗ)

◊ Высокоскоростной аналого-цифровой преобразователь (АЦП)(ИКЭ)

В этом документе мы рассмотрим об использовании перечисленных выше возможностей для управления бесколлекторных двигателей в замкнутых и разомкнутых системах управления. Основы работы вентильных двигателей и принципы управления можнопрочитать в документе AN885, Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals фирмы Microchip. Кроме того, для получения дополнительной информации о переферийных устройствах данных микроконтроллеров, можно обратиться к документам Data Sheet PIC18F2331/2431/4331/4431.

Оборудование

При разработке и отладки управляющей программы для управления ВД использовалась демонстрационная плата PICDEM MC. Данная плата содержит однофазный диодный выпрямительный мост, преобразующий переменное напряжение в постоянное и фильтрующий конденсатор, обеспечивающий фильтрацию напряжения на выходе. Трехфазный инверторный мост на IGBT транзисторах используется для управления переменным напряжением на выходе. На рисунке 1 представлена обобщенная схема управляющего устройства.

Силовые цепи оптически изолированы от управляющей схемы. Источник питания, расположенный на плате формирует 5 вольт по отношению к цифровой земле и используется для питания цепей управления, включая PICmicro®. Напряжения +5ВА и +15ВА формируются по отношению к силовой земле. Схема обратной связи питается от напряжения +5ВА, от источника +15ВА питаются драйвера IGBT транзисторов.

Ввиду того, что между схемой управления и силовой схемой существует опторазвязка, программирование и отладка может осуществляться при подключенном питании платы. Связь платы с управляющим компьютером осуществляется через последовательный порт, организованный на микросхеме УСАПП. Пользовательский интерфейс платы состоит из двух переключателей, потенциометров и четырех светодиодов для индикации.

В данном документе переключатель SW1 используется для команд пуск и стоп, а переключатель SW2 для переключения направления движения. Каждое нажатие на кнопку изменяет соответствующее состояние. Потенциометр используется для установки скорости. Светодиоды индицируют различные состояния.

Блок-схема устройства управления бесколлекторным двигателем

Рисунок 1 – Блок-схема устройства управления бесколлекторным двигателем

Управление при разомкнутом контуре

Как видно из документа AN885 , коммутация обмоток ВД происходит взависимости положения ротора. Каждая последовательность коммутации имеет две из трех фаз, подключенных к источнику, а ключи третьей остаются закрыты. Используя ШИМ, можно менять действующее значение напряжения на обмотке, тем самым регулируя скорость. В этом разделе мы увидим, как периферия контроллеров PIC18FXX31 может быть использована для управления ВД.

Рисунок 1 отображает типовую схему управления вентильным двигателем. ШИМ выходы контроллера PIC18FXX31 управляют состоянием транзисторов Q0 – Q5. Использование схемы драйвера необходимо для согласования уровней каналов ШИМ и необходимых для транзисторов. Как видно из документа AN885, разность фаз датчиков Холла может составлять 60или 120 градусов, в других случаях эти значения могут отличаться. Таблица последовательности коммутации записывается в память контроллера, в зависимости от расположения датчиков. Данная последовательность может быть приведена в спецификации двигателя.

Последовательность может быть различна, в зависимости от направления вращения вала. Следующий раздел показывает как использовать ШИМ, модуль захвата и АЦП при разомкнутом контуре управления.

Использование модуля захвата 

Датчики Холла А, В, С подключаются к входам IC1, IC2 и IC3 модуля захвата. Данный модуль используется в режиме Захват по изменению состояния. В данном режиме входной модуль вызывает прерывание по каждому изменению состояния на любом из входов. Кроме того, таймер фиксирует каждый переход и очищается вначале следующего цикла Захваченное таймером значение используется для расчета скорости двигателя. Измерение скорости и управление двигателем в замкнутом контуре подробно обсуждается в разделе Замкнутая система управления с использованием датчиков Холла.

После возникновения прерываний состояние всех трех датчиков считывается и полученная комбинация используется для выбора последовательности из таблицы. Таблицы содержат последовательности для запуска двигателей по часовой стрелке и против. Эти таблицы берутся непосредственно из спецификации двигателей.