MC9S08AC32数字双闭环无刷直流电动机控制系统设计
基于MC9S08AC32的全数字双闭环无刷直流电动机控制系统设计
传统的直流电机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点因而在工业传动中占据着重要的地位，但其本身固有的机械换相器和电刷导致了电机容量有限、噪音大、容易产生火花和可靠性差等缺点。随着计算机技术和微电子技术的发展，无刷直流电动机用位置传感器和电子换相器取代了有刷直流电动机的电刷和机械换向器，同时很好的保持了传统直流电机的优点且具有比有刷直流电机更高的运行效率。因此直流无刷电机一经产生就在工业生产中取得了广泛的应用，尤其在节能减排已成为时代主题的今天，无刷直流电机高效率的特点更显示了其巨大的应用价值。
控制系统整体构成
全数字双闭环无刷直流电动机控制系统主要由ARM嵌入式处理器、LCD触摸屏、光电耦合电路、驱动电路、逆变电路、电流检测电路、直流无刷电机位置信号检测环节以及控制电路组成。
本设计中的ARM处理器为其内核为Atmel公司的ARM9系列32位CPU MC9S08AC32，它采用5级整数流水线，主频最高可达300MIPS，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统，在工业控制、检测设备和仪器仪表等需要高速数字信号处理的场合运用非常广泛。
无刷直流电机控制系统整体框图如图3所示。当系统处在运行状态时，通过电阻给定转速信号，并经触摸屏实时显示及P、I参数设定，发出运行指令(如起动、正转、制动)。根据霍尔传感器检测到的电机位置信号控制换相，并计算电动机的转速来改变控制器的输出信号，从而调整电机的运行状态。电流检测环节主要是实现转速、电流双闭环控制和过流保护，从外部检测到的电流信号经过采样后，经放大、滤波送到A/D转换器进行模数转换，控制单元根据检测到的电流大小来调整电流调节器的输出。当出现过流故障时，电流检测电路会发出故障指示信号，送入ARM处理器进行处理。
本设计中直流无刷电机位置信号的检测采用霍尔位置传感器，即无刷直流电动机自带的位置传感器，其输出侧通常采用漏极开路，所以必须在它的输出上接上相应的上拉电阻。
IR2130带有电流电流放大器和过流输入保护环节，可以对电流采集信号进行放大。当过电流发生时，送到过电流检测引脚的电压高于0.5V，此时R2130内部的过电流比较器迅速翻转，逻辑故障处理单元输出低电平，六路输入信号被锁存，基于ARM的全数字双闭环无刷直流电动机控制系统设计管脚输出故障指示，故障时输出为低电平，六路输出驱动信号全为低电平，功率管进入全关断状态，使器件得到保护。欠压保护的工作过程与过流保护的工作过程类似。
基于ARM的全数字双闭环无刷直流电动机控制系统设计
电机换相控制程序砑有2种设计方法，电机转速不高和电机转速较高。当电机转速不高时，换相周期较长，PWM周期远高于电机换相周期，这样可在每一个PWM周期对霍尔信号输入进行查询，判断是否需要换相，并设定一个计数器记录两次换相期间的PWM周期数用于计算转速。当电机转速较高时，两次换相期间相隔PWM周期数不多，查询换相的方法会导致换相不及时且影响转速计算精度，需通过中断的方法进行换相，在需要速度调节时直接通过中断接口函数读取速度值。
