基于單片機的永磁同步電機控制方法

摘 要 基于單片機的永磁同步電機控制方法是根據單片機特點，充分利用其低功耗、高性能、可編程和存儲的特點，設計合理的控制電路和控制軟件，以提高永磁同步電機的應用領域和使用效果，在本文中筆者對電機控制的具體電路設計進行詳細的闡述，并對軟件設計部分提供一定的設計思路，希望能夠對基于單片機的永磁同步電機控制方法的設計者有所幫助。

【關鍵詞】單片機 永磁同步電機 控制方法

永磁同步電機具有非線性的特點，針對此類強耦合特性的控制比較復雜，如何實現對永磁同步電機的控制，拓寬永磁同步電機的應用領域，成為基于單片機的永磁同步電機控制系統的設計開發者的共同目標。單片機對永磁同步電機的控制具有高性能、低功耗的特點，不但能夠實現對信號采集、通訊以及算法等功能的實現，而且能夠有效的改善對永磁同步電機的控制性能，拓寬了永磁同步電機的應用領域，如下我們將對基于單片機的永磁同步電機控制系統設計的相關問題進行探討，希望能夠對提高基于單片機永磁同步電機設計水平有所幫助。

1 系統控制原理

1.1 永磁同步電機控制系統

永磁同步電機控制系統的核心部分之一就是對控制系統變頻性能的控制，控制系統主要是通過電壓矢量的脈寬調制來實現對IGBT的時間進行動態控制，空間磁場控制是永磁同步電機控制的核心方式，根據電子轉矩的控制來測定電機的轉速以及定子電流。

1.2 電壓空間矢量的脈寬調制

在永磁同步電機的電氣控制系統中，電壓空間矢量的脈寬調是一項應用比較成熟的技術，能夠極大的提升對直流電的利用效率。在永磁同步電機高速運轉的時候，電流會降低很多，為了能夠很好的利用前端電源，可以采用三相對稱電壓進行供電，確保電機的正常工作。除此之外通過改變電壓空間矢量能夠實現對頂點圓形移動軌跡的控制，從而實現對IGBT驅動時間的控制。

2 系統控制構成

基于單片機的永磁同步電機控制系統包含核心控制器、定子電流檢測功能以及智能控制模塊這三項核心部分，針對三項內容的控制都需要單片機的控制來實現。

2.1 單片機控制器

單片機控制機具有低功耗、高性能的特點，能夠在不同核之間進行轉換，而且運行速度快，代碼密度相對比較簡單，相比其它控制方式能夠節省將近50%的代碼空間。單片機的功耗方面比較低，相同頻率下能夠減少30%，而且能夠根據實際需求設置單片機的狀態，例如設置待機模式、工作模式等狀態。單片機具備通信、定時器、IO接口等多個通道，能夠為使用者提供測試評估工具等便于設計者使用。

2.2 硬件系統主電路

系統主電路是交流變直流再變交流的一個逆變過程，在整流的一側通過采用二極管來實現切斷，控制方法比較簡單，功率因數能夠達到0.9。因單片機控制的永磁同步電機對于體積和諧波等有一定的要求，采用整合的方式來精簡體積，通過三相橋式電路實現對IGBT的控制和保護功能。除此之外還設有過熱保護、欠壓保護等功能，有效的提高了系統主回路的可靠性。之后將整流后的直流逆變為電機需要的高頻交流電源為永磁同步電機供電，系統主電路圖如圖1所示。

為確保永磁同步電機的安全運行，還要在系統主電路中設置電流檢測電路，采用高可靠性的控制方法來實現對主回路的控制。在永磁同步電機的控制技術中最常見的是無線控制技術，該系統可以不通過位置傳感器的控制來進行信息反饋，通常可以選擇磁鏈觀測器來達到監測信息，詳細的說，我們可以通過電機繞組來對電機定子的電壓、電流檢測來對電機的工作狀態進行監控。對于永磁同步電機的三相電流的數據采集可以通過A/D轉換通過進行檢測，根據三相電特性我們只需檢測其中兩項分流的電阻便能夠達到目標，電流采樣之前要確保下橋臂處于閉合狀態；為了能夠實現可利用時間采樣，要對下橋臂閉合時間達到頂峰狀態時進行取樣；由于不同橋臂的變化會產生一定的電磁干擾，所以在橋臂打開的以后需要經過一定時間的穩定期來進行測試；對于多項電流采樣必須要經過單片機能夠對全時段的電流值進行讀取。

2.3 系統軟件設計

基于單片機的永磁同步電機控制系統離不開軟件的控制，軟件控制包含有程序控制、主程序以及中斷服務等核心部分組成。在單片機進行系統恢復之后，每次進行系統初始化之前都會在單片機內部進行狀態檢測，之后再開啟中斷來關閉系統的主程序，軟件系統在完成所有的中斷步驟之后，系統便開始執行終端服務程序，之后系統便能夠實現重新復位。

3 結束語

基于單片機的永磁同步電機控制系統是一項實用、智能的系統，通過單片機產生的控制信號實現對永磁同步電機變頻器進行控制，此系統充分的利用了單片機強大的計算能力和高度集成，極大的簡化了永磁同步電機的控制系統結構，提高了系統的可靠性。

參考文獻

[1]孔康，曲波，KONGKang.基于STM32F103VET6單片機的永磁同步電機控制器設計[J].電工電氣，2013（07）：21-24.

[2]呂華芬.低速大力矩永磁同步電機的DTC仿真與無傳感器研究[D].浙江大學，2012.

作者簡介

謝統輝（1982-），男，廣東省中山市人。現為中山市技師學院講師。研究方向為智能家用電器、電工電子、制冷技術等。

作者單位

中山市技師學院 廣東省中山市 528429