PIC16F1508的开关磁阻电机伺服系统设计的开关磁阻电机伺服系统设计
本文以PIC16F1508单片机为控制核心,利用其PWM模块、CLC模块、TMR1模块的组合进行脉宽调制和速度检
测,使用开关磁阻电机专用驱动功率芯片FCAS20DN60BB作为驱动,实现对开关磁阻电动机的伺服控制。
引言
开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)因其结构简单、成本低、可靠性高、效率高、启动转矩大以及调速范围广
的优点,广泛应用于航空航天、家用电器、机械及电动车辆等领域[1]。因此,对开关磁阻电机伺服驱动系统的技术研究,一
直是机电一体化领域的热点。本文以PIC16F1508单片机为控制核心,与专用驱动功率芯片结合,设计了一款可靠性高、价格
低廉、性能稳定的开关磁阻电机伺服控制系统。
1SR电机伺服控制系统组成
开关磁阻电机的运行遵循“磁阻最小原则”,即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合,从而迫使磁路上的导磁体运动到使磁阻最小
的位置为止。以四相8/6极开关磁阻电机为例,定子上有A、B、C、D四相绕组,按照既定顺序依次给四相通电,就可以实现
电机的运转。开关磁阻电机运行在连续的开关状态,因此开关磁阻电机伺服控制系统主要由控制器、功率变换器、位置检测和
开关磁阻电机4部分组成,其系统结构如图1所示。
图1 开关磁阻电机伺服系统组成
2系统硬件设计
该伺服控制系统的硬件部分主要包括控制器(PIC16F1508)、功率变换器电路、换相控制电路、速度检测电路、键盘显示电
路等,其硬件结构框图如图2所示。
图2 系统硬件结构框图
2.1控制器
控制器选用Microchip公司生产的8位单片机PIC16F1508,它具有高性能的RISC CPU、丰富的外设特性,并且具有XLP超低
功耗管理功能。选择PIC16F1508单片机主要考虑的是使用其4个可配置逻辑单元CLC。Microchip公司创新性地把电路中可能
用到的逻辑功能集成到单片机的内部,即可编程逻辑单元CLC。这个模块可以提供可超越软件执行速度限制而工作的可编程逻
辑[2],大大地简化了电路的复杂性,并且由于外部逻辑器件的减少,系统的可靠性得到了一定程度的提高。
目前在开关磁阻电机控制系统的设计中,控制外部开关管工作时,总是由内部发出一路波形,外部通过简单的逻辑器件进行逻
辑转换,产生可以控制开关管工作的4路或者多路波形,而通过使用PIC16F1508单片机就可减少这些外部逻辑器件的使用。
外部电路连接如图2所示,RC3、RC6作为CLC2、CLC3的输入信号,仅需要把RC2、RC3、RC6连接起来,由RC2输出信
号,并与CLC2、CLC3的另一路输入信号PWM4OUT进行逻辑运算,就可以产生输入到功率变换器的所需波形。
2.2功率变换器
功率变换器在开关磁阻电机伺服控制系统中有着重要的地位,它直接连接电源和电机绕组,是电能转化为机械能的通道,是保
证实现控制的根本。通常,功率变换器在整个系统中所占的成本比重最高,因此功率变换器的合理选择可以有效降低系统成
本。