摘要：为了实现无刷直流电机调速系统的精确控制性能，应用xcl67cIMcu建立了全数字双闭环控制系统。介绍了调速系统的硬件结构及软件设计流程。经实验检验，控制结构清晰，系统响应速度快，稳定性好，有实际工程应用价值。
关键词：无刷直流电机；数控系统；硬件设计；软件设计；实验
1系统硬件设计
无刷直流电机调速系统由主电路和控制电路组成。主电路包括驱动电路、逆变电路以及各种信号检测电路。控制电路以xcl67cI为核心，通过cAN通信接口和上位机之间实现数据传输和控制功能。
1．1 xcl67cI独具特色的霍尔传感器模式
对于无刷直流电机，xcl67cI提供了多通道模式，产生调制序列，以控制电机正常工作。调制序列必须根据电机的角度位置相应产生。通常使用霍尔传感器或反电动势来检测转子的角度位置。
xcl67cI的捕获／比较单元6(cAPcOM6)的3个输入，即cc6POs0、cc6P0s1、cc6P0s2可用作霍尔传感器或反电动势检测信号的输入。当电动机转动到某个位置时，由霍尔传感器的输入采样(霍尔序列)表示当前位置，接下来必须输出预先确定的调制序列。
cAPcOM6通过特定的寄存器实现了该特性。
该寄存器中存放着当前实际的霍尔序列(cuRH)、下次期望的霍尔序列(ExPH)以及相应的输出序列(McMP)。当采样的霍尔序列和期望序列匹配时，输出新的调制序列。在霍尔传感器模式下，通过双寄存器机构控制霍尔和调制序列的产生。寄存器McMOuT中存放着实际使用的值；映射寄存器McMOuTs中存放着取自预定义表的正确的霍尔序列和调制序列(针对给定电动机)。当检测到正确的霍尔序列跳变时，即霍尔序列采样和期望序列相匹配时，映射寄存器的内容映射传送到寄存器McM0uT中，接着用户编程将新值也装入该寄存器中。
1．2主电路设计
主电路采用典型的三相全控电路，。两两导通方式。驱动电路采用BT7960B驱动芯片。
它是一块电机专用的驱动芯片，具有高集成度，可承受大电流等特点。在一个封装中包含了一个上桥臂的P沟道MOsFET模块、一个下桥臂N沟道M0sFFT模块和一个集成控制模块。集成控制模块的外部端口可以和控制芯片相连接，用于接受逻辑电平的输入，检测电流，控制死区时间，完成过温、过压、欠压、过流和短路保护。在此系统设计中，采用了3块BTs7960B来完成对三相无刷直流电机的驱动。图1为实际的驱动电路。
1．3控制电路设计
控制电路主要由XCl67CI微处理器、CAN通信、AD采样、PWM信号输出、信号检测等部分组成。系统采用XCl67CI微处理器作为主控芯片，主要完成控制算法的计算以及PWM波形的产生、信号检测、故障保护及数据传输等功能。
1)电流检测电路
在本无刷直流电机调速系统中，主回路采用两两导通的方式。因此，通过检测三相逆变电路直流侧电流作为电流闭环的检测值，以此来控制电机。本系统采用LEM LTSR4霍尔传感器检测电流。该传感器具有3个不同的测量范围，改变LEM传感器的引脚接法即可以改变量程。
LEM传感器的REF管脚负责提供一个参考电压，该电压将随着温度的变化而变化，其变化幅度与V0管脚受温度影响而产生的变化幅度相同。
因此，通过计算这两个管脚的输出电压差值，就可以减小温度漂移带来的误差，省去温漂补偿电路。应用LEM传感器进行电流检测的原理如图2所示。
2)转速检测电路
系统采用M／T法测速。检测转速的传感器是增量式光电编码器。图3为测速电路原理。码盘送出的差分信号经过差分芯片输出两路信号，再经过滤波、整形送人XCl67CI的定时器模块GPTl和捕获比较单元CAPCOM2。两组信号都送人单片机进行4倍频处理，用以提高计数精度，同时将A0分别送给CAPCOM2的两个捕抓脚，用于捕抓两个引脚上跳沿，同时记录对应定时器的值，以保持其计数的同步性。
3)保护电路
故障保护功能同样由BTS7960B来实现；主要完成过温、过压、欠压、过流和短路保护。当异常情况发生时迅速通过IS管脚给出报警信号，经转换后连接到XCl67CI芯片功率驱动保护管脚，CPU会将PWM输出引脚置为高阻态，同时申请中断对故障作进一步的处理。
4)CAN通信电路为方便控制电机运行状态和观察电机运行过程中的各项参数，控制器与上位机间需要进行数据的交换。本系统中，上位机与XCl67CI之间通过一块USBCAN，以CAN总线方式进行通信。
2软件设计
整个系统的控制软件由下位机控制程序和上位机监控程序共同组成。上下位机之间的数据传输由CAN总线完成。其中上位机控制程序主要完成起动、停止、正反转切换等功能，并且可以在电机停止运行时，离线修改两个PI环的参数，便于试验调试。下位机控制程序是系统的核心。它由主程序和6个中断服务程序组成。主程序主要用来完成内部控制寄存器的初始化和中断设置的初始化。其流程图如图4所示。中断服务子程序包括：PWM定时中断子程序，通信中断服务子程序、A／D采样中断服务子程序、测速定时中断子程序、测速捕抓中断子程序和霍尔事件处理中断子程序等。其中PWM定时中断子程序流程如图5所示。
3试验结果
试验样机采用MAXON公司的无刷直流电机型号：EC。IYlaX 30；额定电压为24 V。系统的试验波形由DA芯片输出，并通过示波器TDS3052来观测。图6为系统由静止突加给定到6 000 r／min时的转速波形。图7为系统由3 000 r／min升速到8 000 r／min~10 000 r／rain，然后减速自8 000 r／rain再到3 000 r／min时的波形。
4结语
xcl67cI具有很高的运算速度和计算能力，兵有灵活的中断设定方式，外设资源丰富，并且可以利用DAVE等开发工具协助开发，可以大大提高系统的开发效率。本文基于速度、电流双闭环结构的无刷直流电机调速系统性能稳定，在实际工程应用中有重要意义。试验结果证明了该系统的正确性和可行性。
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