基于單片機的直流電機控制

【摘要】 近幾年，單片機、DSP 等微處理器為核心的數字系統取代模擬系統，成為電機的主流控制系統。本文主要對基于單片機的無刷直流電機控制進行研究，提出模糊PID控制策略，對硬件電路的設計和控制軟件的開發，使其能夠良好的結合。

【關鍵詞】 單片機 直流電機 控制系統

直流電機的制動、啟動和調速性能十分良好，因此得到了廣泛的應用。單片機可采用脈沖計數采樣測速，通過脈寬調制控制直流電機轉速，對轉速進行精確的測量和控制。基于此，本文采用STC89C52單片機作為控制核心，設計出無刷直流電動機的調速控制系統。

一、無刷直流電機及調速控制原理

直流電動機比交流電動機的調速性能更好，但是直流電動機會由于機械換向器產生噪聲、火花、電磁干擾等。目前常用的控制方式為PID控制。模糊PID控制是由模糊控制與PID控制相結合產生的，是一種比傳統PID控制抗干擾能力更強、魯棒性更好的控制方式。模糊PID控制由于在常規PID控制中加入了模糊控制，不再依賴于被控對象的數學模型，所以在一定程度上簡化了系統的設計，提高了系統的抗擾性與適用范圍。

二、無刷直流電機控制系統設計

本文采用了一種STC系列單片機作為主控制芯片。BLDCM控制系統的設計主要包括兩個部分，它們分別為控制系統的硬件部分和控制系統的軟件部分。硬件設計包括控制電路、驅動電路及保護電路的設計等，軟件設計包括主程序設計、中斷子程序設計等。圖1為 BLDCM控制系統整體結構圖。

三、無刷直流電機控制系統硬件電路設計

3.1主控制電路

由于DSP價格非常昂貴，對產品的價格產生影響，本設計選用STC89C52 單片機為主控制芯片。這種單片機控制不僅具有MC33035控制芯片的所有功能，而且還能夠通過軟件編程的方式對系統實現多功能控制，并且運用這種控制芯片的系統在可靠性上得到了保障。控制芯片STC89C52 各個引腳的介紹如下：

1～8腳：通用I/O接口p1.0～p1.7；

9腳：RST復位鍵；

10～17：I/Op3接口（10，11腳：RXD串口輸入TXD串口輸出；12，13腳INT0中斷0，INT1中斷1；14，15：計數脈沖T0、T1；16，17：WR寫控制RD讀控制輸出端）；

18，19：晶振諧振器；

20：地線；

21～28P2接口：高8位地址總線；

29：PSEN片：外rom選通端單片機對片外rom操作時29腳（PSEN）輸出低電平；

30：ALE/PROG地址鎖存器；

31：EArom取指令控制器：高電平片內取，低電平片外取；

32～39：P0.7～P0.0；

40：電源5V。

2、驅動電路。我國三相橋式功率開關管主要選用N溝道場效應管，即上橋、下橋全部使用NMOS功率管，常用的實現方法有三種：一種是采用國際整流器公司的IRZ130、2133等專用驅動芯片，外加一個隔離二極管和自舉電容獲得高于供電正極12～15V的電源；二種是采用通用的雙極型三極管驅動，模擬驅動專用芯片獲得12～15V的電源；三種是采用專門電路，產生供電正極10～15V的電源。美國IR公司生產的IR2110系列驅動器芯片，不僅具有光耦隔離也就是體積小的優點同時也還具有電磁隔離也就是速度快的優點，這是一種常用于中小功率變換裝置中的驅動芯片，本文選用了IR2110s作為驅動芯片。

3、DC 電源電路 。在系統中，LM358，IR2110s驅動電路需要使用15V電壓供電，而單片機系統，霍爾傳感器使用5V電壓，本文是采用了一種24V 的DC開關電源供電，所以需要將其轉換成5V電壓、15V電壓。

4、電流檢測電路。電流檢測的方法包括電阻采樣法、磁敏電阻法以及霍爾電流傳感器法等。在綜合考慮系統成本與性能的情況下，雖然電阻采樣法相對與其他兩種方法精度有點低，但相應的降低了成本，所以本文采用了電阻采樣法。電阻采樣法電流檢測的原理是：在控制系統母線上和地線之間串聯上一個已知小電阻，然后檢測電阻兩端的壓降，根據歐姆定理可以算出電流值。

四、無刷直流電機控制系統軟件設計

主程序主要完成以下功能：首先是系統的初始化，其次是檢測是否發出電機啟動命令，接到啟動命令后通過PID 算法緩慢增加PWM端口輸出信號的占空比，使電機緩慢啟動，最后檢測是否發出電機轉速調整命令，保證電機跟隨給定轉速穩定運行。

五、結語

本文設計了基于STC89C52單片機的無刷直流電機的控制系統，基于模糊PID控制策略，對系統軟硬件進行設計。