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无方位传感器的电机操控你知道吗?看完这篇就懂了

电机控制一般使用闭环控制,这就必须使用传感器,如:霍尔传感器、编码盘等。

电机操控一般运用闭环操控,这就有必要运用传感器,如:霍尔传感器、编码盘等。

可是有的运用场合下,难以装置霍尔传感器、编码盘,或许就算是装置好,也很简略损坏。

霍尔传感器、编码盘都归于方位传感器。那么,无方位传感器,是否也能操控电机?

答案是能够的。

计划

VBUS丈量电机的母线电压,假定电机由直流50V供电,则丈量直流50V;由交220V供电,则丈量直流310V。

IBUS丈量电机总电流,可用于防过流、电流环操控。

Demand是给定的转速,用滑动电位器模仿转速的输入。

AN3、AN4、AN5引脚,用于丈量电机的三相电压。

这样一来,没有了方位传感器,大大简化了设备的装置过程。可是,会发生别的的一些问题。

电机怎么发动?怎么换相?怎么调速?

硬件

MOS管驱动运用L6388ED,其内部逻辑能够防止高边和低边MOS管一起导通。有自举电容让高边MOS导通。

在单片机初始化时,要给L6388ED的自举电容充电一段时间,不然高边MOS管或许不导通,或许不完全导通。

L6388ED内部框图如图所示。LIN=1,HIN=0,则LVG导通,HVG不导通,Cboot充电。

L6388ED自举电容的容值能够由手册上的公式核算得出,我这儿操控低速电机,用的是10uF。

一旦自举电容充完电手,MOS管能够在一段时间内不需求充电,一般是电机每次发动时充电。

主张运用15V给L6388ED供电,运用12V的话,或许让MOS不导通或不完全导通,如下图所示。

丈量三相电压,如下图所示,NET_W是W相的电压,而W能够直接接单片机的ADC,C11为100nF电容,该电容能够滑润相电压,不能去掉,不然无法检测反电动势。U相和V相与此相似,这儿不再赘述。

滑润之后的波形,呈马鞍型,如下图所示。

单片机算法

该算法分三个部分,对齐转子、开环强制换相、运用反电动势闭环换相。

1.对齐转子

先给自举电容充电,然后强制给某一相PWM,让转子对齐在一个固定的扇区。

这种办法在绝大多数的情况下都能对齐,若不能对齐,会发动失利,此刻,重新发动即可。

对齐转子的时间不宜过长,针对本文的低速电机,对齐时间约200ms。

2.开环强制换相

这儿的开环是指未检测到反电动势,强制输出PWM,并且在预算好的时间换相,然后让电机转起来。

换相的办法,不同的电机或许不一样(如:极数不同),这儿运用六步换相,如下图所示。

其间,+VBUS表明上桥臂给PWM,-VBUS表明下桥臂给高电平导通,斜线表明上、下桥臂均不导通。

上、下桥臂均不导通时,电时机发生反电动势。

3.运用反电动势闭环换相

抱负情况下,上、下桥臂均不导通时,在电机某一相电压检测到反电动势过零,可是过零时间和实践要换相的时间,相差30度角。所以,在检测到反电动势过零之后,要延时30度,再换相。

实践情况下,延时的30度还要依据单片机内部的ADC采样,滤波算法进行补偿,这儿的补偿的视点一般是超前的。

假定超前x度,那么实践换相时间为(30-x)度。

BEMF便是反电动势,赤色箭头指向的是换相时间,如下图所示。

可是,ADC采样的电压都是正电压,没有负,那就需求结构一个虚拟中性点。

把三相电压加起来取平均值,便是虚拟中性点。如下图所示。

把虚拟中性点当作是零点,这样就能做到过零检测。

虚拟中性点并不是一个稳定值,它的波形如下图所示,相似正弦波。

检测反电动势过零,有两种办法,一种是比较器,另一种是ADC采样后滤波。

用比较器的办法,长处是削减单片机的运算量,缺陷是添加硬件本钱。

用ADC采样的办法,长处是削减硬件本钱,缺陷是添加单片机的运算量。

因为这儿需求用到的ADC采样率要求不高(20KHz SPS),所以用单片机内部集成的ADC即可。

这儿选用ADC采样的办法。其滤波算法称为择多算法,在另一篇博文再具体介绍。

注意事项

1.ADC要在PWM高电平的中部采样,能够防止毛刺的搅扰。

2.六步换相的步骤有必要正确,不然无法检测反电动势。

六步换相有问题,或许不呈现红圈中的竖线,也或许不呈现蓝圈中的反电动势。反电动势有问题,电机无法加快。

3.能够运用互补的PWM,也能够运用上桥臂为PWM,下桥臂为凹凸电平。

4.黄色为通过比较器后的波形(非本文运用的办法),蓝色为通过电阻分压和电容滤波后的波形。如下图所示。

通过比较器后的波形会发生三条竖线,这三条竖线是因为换相引起的,所以在换相时,不判别过零。在不换相时,去抖,判别边缘翻转便是过零点,此办法比ADC滤波要简略一些。

5.换相时间不正确的波形,如下图所示。

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