無刷直流電機控制自動門的原理與應用

1刷直流電機的轉子和換向器門的可靠性主要取決于其控制體系的可靠性。因此，高質量和高可靠的自動門控制器是非常重要的。無刷直流電機保持著有刷直流電機的優良控制特性,在電磁結構上和有刷直流電機一樣,但它的電樞繞組放在定子上,轉子上放永久磁鋼,無刷直流電機的電樞繞組象交流電機的繞組一樣,采用多相形式,經由驅動器接到直流電源上。位置傳感器檢測旋轉轉子的位置,與電子換向線路一起實現電子換向,代替有刷直流電機的電刷和換向器,各相順次通電,與轉子磁極主磁場相互作用,產生轉矩。用無刷直流電機實現自動門機的直接拖動,不僅使自動門機裝置機械結構簡化,制造成本下降,而且安裝調試方便,故障率低。自動門關閉過程中無撞擊(零速停車),低噪聲,可靠關閉到位,從而保證了自動門運行啟動的可靠性。2開、門動值的表現物體靠近門時傳感器獲得信號傳給控制器,控制器根據門當前所在位置決定門的動作。有三種情況:①門處于關閉狀態,控制器應驅動執行電機以最佳速度曲線打開門。②門處于半開狀態,控制器應根據門當前所在位置,以適當的速度驅動執行電機開門。③門處于開啟狀態,控制器使門保持開啟狀態。無物體靠近門時:如果門處于開啟狀態,延時適當的時間后以最佳速度曲線關閉門;如果門處于關閉狀態,維持此狀態。相應的開、關門速度曲線如圖1所示。關門時:OA段為加速段,AB段為穩速運行段,BC段為減速停止(門關到位)段。開門時:CB段為加速段,BA段為穩速運行段,AO段為減速停止(門開到位)段。3系統控制原理3.1關閉門關根據自動門控制要求,系統原理框圖如圖2所示。開門門磁:檢測門的最大開啟位置,門開后驅動電機停止工作,并防止開門過量而損壞系統部件。閉門門磁:檢測門的關閉位置,門關后驅動電機停止工作。驅動器:擴大驅動功率以驅動150W的無刷直流電機。工作指示燈:(a)有電源指示燈;(b)正常、故障指示燈。超過預期時間門不到位即是故障狀態。3.2電機控制器電路本設計采用了MOTOROLA公司生產的無刷直流電機控制專用芯片MC33035,它可以直接用于無刷直流電動機速度開環運行,此時片內差分放大器設計成跟隨器方式,速度指令信號直接與鋸齒波比較,得到PWM信號。在本設計中,為了保證調速精度要求,我們采用速度閉環控制,將轉子位置檢測信號送入MC33039,經F/V轉換,得到一頻率與電機轉速成正比的脈沖信號,然后經簡單的阻容網絡濾波輸出給MC33035差分放大器的負端,構成一個簡單的P調節器,實現電機轉速的閉環系統。本設計主處理器采用Intel公司生產的16位單片機80C196,它運算速度快;串行通信在所有方式下均可得到更高速度,具有雙緩沖的串行口發送寄存器和串行口接收越界及裝配錯誤檢測;豐富的中斷矢量和中斷源;配有可由外部選擇上/下計數的定時器;HSO事件存放在一個寄存器中,HSO有CAM銷定和CAM清除命令;PWM波周期可調(1倍、2倍頻);配有保持/應答總線控制。其控制原理圖如圖3所示。圖中:D/A轉換采用CD1019,無刷直流電機驅動器采用MPM3003,它是一種通用的電機驅動器。從電機轉子位置檢測器送來的三相位置檢測信號送入MC33035,經芯片內部譯碼電路結合正反轉控制端、起停控制端、制動控制端、電流檢測端等控制邏輯信號狀態,經運算后,產生MPM3003中逆變器三相上、下橋臂開關器件的六路原始控制信號。其中,三相下橋開關信號還要按無刷直流電機調速機理進行脈寬調制處理,處理后的三相下橋PWM控制信號(AB、BB、CB)及三相上橋控制信號(AT、BT、CT)施加到MPM3003逆變器的六個開關管上,使其產生供電機正常運轉所需的三相方波交流電流。3.3軟件方案的設計由于文章篇幅所限,在此僅給出主程序及傳感器狀態檢測中斷子程序流程圖,如圖4所示。4功能描述本設計除滿足其速度要求外,還具有如下功能:(1)自動識別當前位置由于開關門方向的可變性及各對應點的不同運行速度,自動識別(軟件實現)門的當前位置,以合適的速度開/關門。(2)軟件的介紹正常運行是自動門主要的環節,安全性至關重要,因此軟、硬件都有可靠的抗干擾措施保證。軟件中采用了許多的抗干擾措施,如看門狗、防攔截等;硬件具有過流、過熱、短路、欠壓等保護,以保證自動門的安全動作。(3)地線干擾處理地線干擾是最常見的干擾形式。MC33035輸出的下橋驅動信號一般不加隔離而直接驅動功率MOSFET,這樣極易引起主電路地線干擾。因此地線的抗干擾處理對于無刷直流電動機控制器的正常工作極為重要。為此所采取的措施如下:①將印刷電路板上各種電源線、信號線合理分布,切勿混合走線。②印刷電路板上的地線并不是越粗越好,制板時應充分考慮走線途中是否會引起不同單元電路間的共地干擾,一般應將地線做成環路形式。③由于強電電路對弱電電路會產