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基于微控制器的数字式温度伺服控制系统
发布时间:2014-11-28 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]液晶模块是本系统的人机交互模块,负责实时显示模压电感系统运行时的各种参数,包括室内、室外温度,电机转速、参考电流等模拟量。本系统使用的是SMG240128A 点阵图形液晶模块。
SMG240128A 点阵液晶模块的点像素为240×128 点,黑色字/白色底,STN 液晶屏,视角为6:00,内嵌控制器为TOSHIBA 公司的T6963C,外部显示存储器为32KB。对于lpc2214 微控制器来说,可以采用外部存储器接口与液晶模块进行连接,LCD 内部集成了负压DC-DC 电路(LCD驱动电压),使用时只需要提供单5V 电源即可。
3.3 功率驱动电路
无刷直流电机驱动电路由驱动芯片IR2130 和三相全桥逆变电路构成。集成驱动芯片IR2130 内部自举技术形成悬浮的高压侧电源,因而只用一路电源即可驱动三相桥式逆变电路中母线电压不超过变压器与电感器设计手册600V 的六个MOSFET,降低了电路设计复杂度,提高了系统的可靠性。
前级控制单元输出的六路脉宽调制信号经过光电隔离输入到栅极功率驱动芯片IR2130,经过驱动放大后控制六只功率MOSFET 进行开关动作,实现对电机的控制。同时,电流检测电路实时检测主回路电流,经过信号调理,一方面作为IR2130 自身过流检测单元的输入信号,另一方面作为电机电流反馈信号输入到lpc2214 的A/D 转换单元,实现电机电流的闭环控制;当电路产生过流、过压和欠压故障时,产生报警信号,反馈给前级控制电路,以切断输入到功率驱动电路的脉宽调制信号。
4 伺服系统软件设计
本系统的软件设计也主要是基于ARM 芯片进行的,C 语言的可读性和可移植性都非常好,这样就能极大地缩短嵌入式软件开发的周期,对于实时性要求不是很高的场合,应用C 语言来编写ARM 程序,将是未来的主流之一。系统程序开发总体结构如图4。电机伺服调速系统软件总体结构分为初始化设定模块、转速调节模块、电流调节模块、PWM 更新模块等4大部分组成。主程序只要调用每个模块即可。
1、系统初始化。由于本系统使用C 语言进行软件系统设计,所以必须首先建立C 语言运行环境,这项任务由Startups 这个函数来完成,运行这个函数的方法是可以在程序开始调用这个函数。采用的方法是加载工程模板ARM Executable LPC2200,其中已经包含了Startup.s函数。主要包括时钟初始化、中断向量初始化、I/O 口初始化、通用定时器初始化、捕获单元初始化和A/D 转换单元初始化几部分。
2、转速调节模块。转速调节模块由转速计算、换相控制、转速PI 调节3 部分组成。电机转速的计算放在捕获中断服务子程序中进行。我们知道霍尔位置传感器的信号在电机转子旋转一周周期中有6 次换相,就是说每转过60°机械角都有一次换相,这样,只要检测两次换相的时间间隔△t,计算出两次换相期间的平均角速度。为了保证得到最大的转矩,就必须不断的对无刷电机进行换相。掌握恰到好处的换相时刻,可以减少转矩波动,因而换相的检测是十分重要的。在程序设计中,换相控制安排在换相中断服务子程序中完成。霍尔位置传感器的信号波形如图5-4 所示,每一个霍尔传感器都会产生1800 的脉宽信号,三个霍尔传感器的输出信号相差1200 相位差。这样在转子旋转一周,正好产生6 个上升、下降沿,对应了6 个换相时刻。通过将CAP0.0/CAPO.1/CAP0.2 设置成双边沿捕获就可以捕一体成型电感获这6 个时刻。同时,要将读入的三个捕获口的控制字,变换成对应的开关管控制字。
3、电流采样模块。电流采样是通过0.5Ω 精密无感电阻R大电流电感 来实现的。电阻值的选择要考虑当过流发生是能输出的最大电压,同时起到过流检测的作用。每一个PWM 周期对电流采样一次。本系统中PWM 周期是50μs,所以电流的采样频率为20KHz。电流采样中有一个问题需要特别注意,就是电流采样时刻的选择。由于对开关管采用单极性PWM 控制,在PWM“关”期间,电流经过常开的开关管和另一个开关管的续流二极管形成续流回路,这个续流回路并不经过电流检测电阻R,因此在R 上也没有压降,所以在PWM 周期“关”器件不能电流采样。
5 直流无刷电机调速控制算法
从理论上看,无刷直流电机的感应电动势和电磁转矩的公式如下:
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