摘要：文中从硬件和软件两个方面详细介绍了操控体系的规划结构，依据LPC2210丰厚而强壮的操控功用，以LPC2210为主控芯片规划的无刷直流电动机操控体系，具有实时性好和牢靠性高的特色;一起选用uC/OS-Ⅱ操作体系，不只使多任务程序规划简化，也使电机能够运用在杂乱的需求处理多任务的场合。
关键词：LPC2210;无刷直流电动机;uC/OS-Ⅱ;ARM
无刷直流电动机不只承继了直流电动机调速和发动特性好，堵转转矩大的长处，并且由于运用电子开关线路和方位传感器替代了换向器电刷设备，使得电动机的结构大大简化，电机的精度、功能和牢靠性也都有了很大进步，因而，无刷直流电动机运用非常广泛，尤其是在高档电子设备、机器人、航空航天技术、数控设备、医疗化工等高新领域，对无刷电机的操控体系规划的研讨也具有重要意义。
1 无刷直流电动机的结构和作业原理
无刷直流电动机由三部分组成，别离是电动机、转子方位传感器和电子开关线路，它的原理图如图1所示，直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电动机转子方位传感器可检测到转子方位并供给相应信号去触发开关线路中的功率开关元件使之导通或关断，然后操控电动机的滚动。
无刷直流电动机的根本结构如图2所示，其间电动机本体是由定子和转子构成，定子是电动机的电枢，定子铁心中安放着对称的多相绕组，可接成星形或关闭形，各项绕组别离与电子开关线路中的相应晶体管相衔接。电子开关线路有桥式和非桥式两种。转子是由永磁资料制成的有必定极对数的永磁体，首要有凸极式和内嵌式两种。方位传感器是电机体系的重要部件，其作用是检测转子磁场相对于定子绕组的方位，常见的方位传感器有电磁式、光电式和霍尔元件。
本文中的无刷直流电机选用i相星形桥式接法，如图3所示。
通过操控晶体管的通断，给定子绕组加电，每一时间有两相绕组导通，另一相绕组断开，然后发生不同方向的定子磁场，若定子磁场的方向超前转子磁场90°电视点，则定子磁场对转子磁场发生正的电磁转矩，电机正转。若电子磁场的方向滞后转子磁场90°电视点，电机回转。要使电机能够同步运转并发生稳定的电磁转矩，需求坚持定子磁场与转子磁场在空间上的相对中止，使得发生的定子磁场的方向依据转子方位的改动而改动。所以，转子磁场的方向是接连改动的，而定子磁场的方向是跳动的。
转子在滚动一周的时间里，转子方位传感器把每一时间转子的方位信号送到操控器中，操控器由此操控晶体管的导通和关断，使定子三相绕组的其间两相导通，发生相应的定子磁场，因而，转子旋转一周，定子磁场的方向会相应的改动6次，以确保定子磁场的方向和转子磁场方向相对中止。
电枢绕组电流的跳变使得定子磁场是跳变的，可是转子磁势是接连改动的，这两个磁势的均匀速度持平，具有稳定的均匀电磁转矩，可是瞬时电磁转矩与速度是不持平的，因而存在转矩脉动重量。
从以上无刷直流电动机的滚动原理可知，电机的滚动过程中，通过操控6个MOSFET构成的三相桥式逆变器为电枢供电，当两项导通时，另一项断开。在一个周期内，无刷直流电动机内的方位传感器输出6种有用的状况，别离对应转子的不同方位。再结合换向逻辑，对衔接到三相定子绕组的逆变器的6个MOSFET进行开关操控，使三相定子绕组依照必定次序顺次通电，以满意转矩角要求，使转子能在继续平稳的磁场中滚动。电机的转速能够通过调理定子绕组的输入电压的均匀值完结，因而可选用PWM调理操控。
2 无刷直流电动机操控体系硬件规划
本体系选用双闭环的操控战略，如图4所示，外环为速度环，由电机方位检测得到的信号经操控器核算得出转速，与给定转速比较得出差值，通过PI调理得到下一步的电流值。内环是电流环，依据检测得到的反应电流信号与给定的电流信号比较，其差值通过必定的PID算法，得到新的参阅电流，去操控下一步的PWM占空比。
电机的操控体系的操控器选用LPC2210，LPC2210选用ARM7TDMI内核，低功耗，能够运转多任务实时操作体系(如uC/OS-Ⅱ)具有6个单边缘操控(或3个双边缘操控)PWM输出，8路10位A/D转化器，2个32位定时器，别离具有3路和4路32位的捕获通道。电机操控原理图如图5所示。电机操控体系的硬件体系包含以下几个部分。
1)驱动电路，LPC2210操控器输出PWM信号需求通过信号扩大再去驱动逆变器，驱动电路选用IR2130，其偏置电压可到达600 V，驱动电流200～420 mA，并且6路驱动只需求1个+15～20 V直流电压电源，功率开关管选用IRG4PH40K，它是N沟道增强型IGBT。为了使电路有杰出的电磁兼容运用光耦阻隔器TLP521，它是三路方位信号的光耦阻隔。
霍尔元件依据转子现在所在的方位宣布的方位状况信息，LPC2210接纳到方位信息后，宣布相应电枢电流换向信号，通过光藕阻隔，电枢电流换向信号通过驱动电路再去驱动功率管，而功率管的负载便是无刷直流电动机的电枢了，这样电枢电流换向信号就能够操控加到无刷直流电动机的电枢电压和电流，这时电枢发生的磁势和转子永磁磁场发生的磁势相互作用使转子不断的旋转。
2)维护电路，全桥逆变器中最惧怕的是逆变器的上下桥臂一起导通，这时驱动电路就处于短路状况，桥臂上驱动功率管会由于电流过大而瞬间焚毁，所以在规划驱动电路方面，在这个闭环操控体系中加入了一个电流反应电路，对功率管电流进行监测，若电机在运转过程中呈现电流过大，LPC2210处理器通过A/D收集到这个信号后立刻制止PWM输出，使逆变器的上下桥臂就处于关断状况。一起，依据A/D转化，能够实时监测每一相电枢电流，相应调整PWM输出的占空比能够到达调理电机转速的意图。
3)转子方位检测。在一个周期内，无刷直流电动机内的方位传感器输出6种有用的状况，别离对应转子的不同方位。转化成换向逻辑，LP C2210的GPIO口通过读取换向逻辑知道转子的方位。当输入信号跳变时，LPC2210的定时器可选择使捕获事情发生中止，而进行中止处理换向。
3 软件规划
体系运用uC/OS-Ⅱ实时操作体系，本体系代码精简，可移植性好，多任务，抢先式，很适合做电机操控。
中止服务程序是软件规划的要点，首要包含获取转子方位信息(电枢电流换向)，对电枢电流的采样，输出PWM信号以及过电流维护程序。
1)通过读取衔接电机方位传感器的LPC2210 GPIO口能够获得转子的方位信息，当IO口的当时状况和前一读取的状况相同，阐明电枢电流的方向还不需求改动，坚持PWM信号输出不变。当IO口的当时状况发生了改动，就需求改动电枢电流的方向了，LPC2210的定时器能够捕获输入霍尔传感器的信号而发生换向处理中止。
2)通过电流传感器获取电枢电流巨细，通过A/D转化，操控器通过把转化值与设定值比较，若电流比预订的大就要减小输出PWM信号占空比的值，反之就要增大占空比的值，若电流巨细超越的电枢电流的极限值，就发生最高档其他中止请求，制止PWM输出，起到维护驱动电路的意图。
体系软件主程序首要完结体系初始化和双闭环PI参数的设定，电机转速核算和电机发动中止操控等功用。主程序流程图如图6所示。
4 结束语
以LPC2210芯片为中心的无刷直流电动机操控体系，硬件电路简略牢靠，选用不同优先级的中止服务，确保了电机作业实时性和牢靠性。依据uC/OS-Ⅱ操作体系的支撑，本操控体系具有杰出的扩展性，可依据需求创立新任务。一起软件规划的通用性杰出，只需修正与硬件相关的少量代码，就能够运用到不同的处理器中。
