如圖3所示。轉子位置檢測電路用來檢測無刷直流電機轉子的位置信號Ha、Hb和Hc，送入微處理器，在微處理器中計算得到電機的轉速，與給定轉速比較，處理后給出相應的功率開關管控制信號，與PWM高頻載波邏輯合成后，控制電子換相線路中開關管的通斷，從而實現(xiàn)電機的連續(xù)旋轉及閉環(huán)調(diào)速。本文中，轉速計算采用測周法，電子換相線路是由6個MOS管組成的三相全橋逆變電路。為避免電機過流損壞，由電阻在電路中采樣后，經(jīng)A/D引腳輸入微處理器得到電路的電流值，若此值過大，則由軟件控制停止電機。

圖3 驅動系統(tǒng)原理框圖

軟件設計

本文中，無刷直流電動機驅動系統(tǒng)的軟件部分主要完成以下功能：

(1)起動程序。由軟件實現(xiàn)電機外同步變頻加速起動，當電機達到一定轉速時(反電勢檢測信號已清晰可靠)，再由軟件切換至內(nèi)同步，即三相六狀態(tài)運行。

(2)運行程序，包括轉子位置獲取電路，閉環(huán)調(diào)速程序。轉子位置檢測電路輸入到微處理器，檢測到的反電勢過零點信號經(jīng)ADuC7026處理后輸出控制信號，控制功率開關電路通斷。轉子位置檢測電路中的低通濾波環(huán)節(jié)會使反電勢過零點信號發(fā)生相移，因此，要對反電勢過零點信號進行相位檢測并且根據(jù)轉速給出相應的相位補償，使電機運行可靠、高效。

部分程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序的流程圖

實驗結果及分析

實驗調(diào)試中，使用的無刷直流電機端電壓最大值是18V，KV值是900rpm/V，功率710W，定子相數(shù)為3，轉子極對數(shù)為7。

微控制器發(fā)出控制信號控制功率開關電路，起動部分采用180°導電制，控制波形是占空比為50%的方波。實際測得其中一路控制信號的波形如圖5(a)所示，其占空比為50%，與理論相符合。

控制波形經(jīng)過邏輯合成及緩沖后用于控制功率開關電路的各MOS管，本設計中上橋臂的三個MOS管采用PWM控制，實際得到的功率開關管控制波形如圖5(b)所示。

圖5 開關管控制信號的獲得

在內(nèi)同步調(diào)速時，用示波器同時測量微處理器發(fā)出的控制信號的波形和反電勢過零點的信號波形，如圖6所示。逐步提高PWM的占空比，即端電壓，則控制信號頻率隨著PWM占空比的增加而同步提高，即電機的轉速不斷上升，實現(xiàn)了閉環(huán)PWM調(diào)速，波形調(diào)速穩(wěn)定可靠，轉速可達9000r/min，可以滿足飛行器的高速、高精度要求。

圖6 隨電壓增加控制波形和反饋信號波形變化

結語

本文采用ADuC7026作微處理器，給出了一種用于Quad-rotor飛行器的無刷直流電機驅動系統(tǒng)控制方案。實驗結果證明該驅動系統(tǒng)能夠很好的起動，并能夠準確檢測轉子的位置信號，實現(xiàn)準確換相，使電機平穩(wěn)、高速運行，該驅動系統(tǒng)滿足飛行器要求的高速性能要求，調(diào)速范圍寬，且電機運行平穩(wěn)、可靠，魯棒性強。