三相電動機編程控制解決方案

      通過變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)對交流電動機轉(zhuǎn)速和位置進行數(shù)字控制是電動機控制的發(fā)展趨勢，永磁式同步電動機（PMSM）具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于控制、性能優(yōu)良等優(yōu)點。用單片機對電動機進行數(shù)字控制是實現(xiàn)電動機數(shù)字控制的最常用的手段。

      本文介紹了采用Renesas公司M16C/28和R8C/11系列的CPU產(chǎn)品，運用120°梯形波交變，通過電動機感應(yīng)電壓的過零點來估測轉(zhuǎn)子位置，從而實現(xiàn)表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）的無位置傳感器型驅(qū)動的方法。

一 與電動機控制有關(guān)的基本概念

1 逆變器控制
      電能（商用電源）一般是通過一個電源系統(tǒng)來提供的。在這種場合，商用電源的電壓、頻率和相位在嚴格的控制之下被固定于一個精確的水平上。如果把一個商用電源直接提供給電動機的負載，則感應(yīng)式電動機（IM）可以被起動，而同步電動機（比如永磁式同步電動機PMSM）則不能被起動。

      在逆變器控制過程中，商用電源未與負載相連。一個轉(zhuǎn)換器件首先把交流（AC）電流轉(zhuǎn)換成直流（DC）電源，然而再由一個逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源，以便向電動機輸送具有期望電壓和頻率的交流電源。如果輸出電壓和頻率是根據(jù)負載和擾動來控制的，則這將使得同步電動機能夠起動和旋轉(zhuǎn)，并達到節(jié)能的效果。

2 感應(yīng)電壓
      電動機可以起發(fā)電機的作用。因此，當(dāng)把一盞燈連接至電動機并旋轉(zhuǎn)電動機的軸時，燈將會發(fā)光。這是因為產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢的緣故，而產(chǎn)生的電壓就被稱為"感應(yīng)電壓"。
      當(dāng)電動機停止轉(zhuǎn)動時，將不會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因此，當(dāng)起動電動機時，將強迫它在某一特定方向上旋轉(zhuǎn)，以找到轉(zhuǎn)子的位置。
      在采用180°正弦波交變的電動機控制中，由于電動機中有電流連續(xù)流過，故不能直接監(jiān)視電動機中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。因此，在無位置傳感器的控制中，轉(zhuǎn)子位置是通過電動機電流來估測的。



二 用于電動機控制的硬件和軟件規(guī)范

1 硬件構(gòu)成
表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）
A/D轉(zhuǎn)換器
三相PWM輸出
感應(yīng)電壓的過零點檢測


三．用于電動機控制的CPU及其周圍設(shè)備的功能說明

（1）A/D轉(zhuǎn)換

（2）三相PWM輸出
      采用鋸齒波來進行調(diào)制和采用了三相模式0實現(xiàn)120°交變驅(qū)動電機
      在采用梯形波的120°交變中，轉(zhuǎn)速基本與電壓成正比。

（3）三相電動機感應(yīng)電壓的過零點檢測
      在本軟件中，感應(yīng)電壓的過零點是通過按下表對外部中斷功能進行配置的方法來檢測的。

 

四 用于利用梯形波交變來實現(xiàn)SPMSM的無位置傳感器型驅(qū)動的軟件描述

      軟件描述了如何使用梯形波的120°交變來實現(xiàn)SPMSM的無傳感器型驅(qū)動。內(nèi)容包括：

（1） 由電動機中的感應(yīng)電壓來檢測轉(zhuǎn)子位置和采用梯形波的120°交變控制旋轉(zhuǎn)速度在±500 rpm～3000 rpm范圍。系統(tǒng)配置入系統(tǒng)構(gòu)成框圖。
（2） 對8個控制模塊的描述。包括：
A/D轉(zhuǎn)換器、
感應(yīng)電壓的檢測、
實際轉(zhuǎn)速的計算、
目標(biāo)轉(zhuǎn)速的計算、
PWM占空比的計算、
確定輸出模式、
初始啟動處理、
其他一些CPU關(guān)于系統(tǒng)異常動作的監(jiān)測和檢測。
（3） CPU寄存器的存儲變換
CPU具有12個寄存器，包括：
數(shù)據(jù)寄存器、
地址寄存器、
幀寄存器、
中斷表寄存器、
程序指針寄存器、
用戶堆棧指針（USP）寄存器
中斷堆棧指針）（ISP）寄存器、
狀態(tài)寄存器、
標(biāo)志寄存器：進位標(biāo)志寄存器、調(diào)試標(biāo)志寄存器、0標(biāo)志寄存器、符號標(biāo)志寄存器、寄存器組選擇標(biāo)志寄存器、溢出標(biāo)志寄存器、中斷使能標(biāo)志寄存器。
堆棧指針選擇標(biāo)志寄存器
處理器中斷優(yōu)先級寄存器
預(yù)留域寄存器
存儲變換
包括：
線性地址空間、固定中斷的矢量、內(nèi)部RAM、SFR區(qū)域、特殊的頁面矢量等的地址分配。
用于本軟件的存儲變換和段配置

（4）系統(tǒng)的主要軟件模塊

（5）與三相輸出有關(guān)的SFR的初始設(shè)定值
AD轉(zhuǎn)換器的控制寄存器0~3的設(shè)置
電動機感應(yīng)電壓檢測
三相輸出PWM設(shè)置（24個寄存器）
（6）通過120°梯形波交變來實現(xiàn)SPMSM無傳感器型驅(qū)動控制流程
用于通過120°梯形波交變來實現(xiàn)SPMSM的無傳感器型驅(qū)動的主處理
初始化處理
PWM中斷處理
停止處理
啟動處理
正常處理
實際轉(zhuǎn)速計算處理
轉(zhuǎn)速命令計算處理
總線電壓計算處理
電動機鎖定檢測處理
停止檢查處理