本文介紹了采用Renesas公司MC16C/28系列的CPU產品,運用120o 梯形波交變,通過電動機感應電壓的過零點來估測轉子位置,從而實現(xiàn)表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）的無位置傳感器型驅動的方法。

　　通過變頻技術和脈寬調制技術對交流電動機轉速和位置進行數(shù)字控制是電動機控制的發(fā)展趨勢,永磁式同步電動機（PMSM）具有結構簡單、體積小、易于控制、性能優(yōu)良等優(yōu)點。用單片機對電動機進行數(shù)字控制是實現(xiàn)電動機數(shù)字控制的常用的手段。

　　電動機控制

　　圖1   三相電動機驅動

　　圖2  電動機控制硬件框圖

　　逆變器控制

　　電能（商用電源）一般是通過一個電源系統(tǒng)來提供的。在這種場合,商用電源的電壓、頻率和相位在嚴格的控制之下被固定于一個的水平上。如果把一個商用電源直接提供給電動機的負載,則感應式電動機（IM）可以被起動,而同步電動機（比如永磁式同步電動機PMSM）則不能被起動。

　　在逆變器控制過程中,商用電源未與負載相連。一個轉換器件首先把交流（AC）電流轉換成直流（DC）電源,然而再由一個逆變器將直流電源轉換成交流電源,以便向電動機輸送具有期望電壓和頻率的交流電源。如果輸出電壓和頻率是根據(jù)負載和擾動來控制的,則這將使得同步電動機能夠起動和旋轉,并達到節(jié)能的效果。

　　表1 控制方法

　　表2 A/D轉換

　　表3 中斷功能

　　感應電壓

　　電動機可以起發(fā)電機的作用。因此,當把一盞燈連接至電動機并旋轉電動機的軸時,燈將會發(fā)光。這是因為產生了感應電動勢的緣故,而產生的電壓就被稱為“感應電壓”。

　　當電動機停止轉動時,將不會產生感應電壓。因此,當起動電動機時,將強迫它在某一特定方向上旋轉,以找到轉子的位置。

　　在采用180o正弦波交變的電動機控制中,由于電動機中有電流連續(xù)流過,故不能直接監(jiān)視電動機中產生的感應電壓。因此,在無位置傳感器的控制中,轉子位置是通過電動機電流來估測的。

　　用于電動機控制的硬件和軟件規(guī)范

　　硬件構成

　　表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）

　　A/D轉換器

　　三相PWM輸出

　　感應電壓的零點檢測

　　四部分組成的框圖示于圖2。

　　軟件功能

　　軟件控制示于表1。

　　用于電動機控制的CPU及其周圍設備的功能說明

　　A/D轉換

　　A/D轉換說明見表2。

　　三相PWM輸出

　　采用鋸齒波來進行調制和采用了三相模式0來實現(xiàn)120o交變驅動電機。

　　在采用梯形波的120o交變中,轉速基本與電壓成正比。

　　三相電動機感應電壓的過零點檢測

　　在本軟件中,感應電壓的過零點是通過按表3對外部中斷功能進行配置的方法來檢測的。

　　用梯形波交變實現(xiàn)SPMSM的無位置傳感器型

　　驅動的軟件描述

　　軟件描述了如何使用梯形波的120o交變來實現(xiàn)SPMSM的無傳感器型驅動。內容包括：

　　(1)由電動機中的感應電壓來檢測轉子位置和采用梯形波的120o  交控制旋轉轉速度在±500 rpm~3000 rpm范圍。

　　(2)對8個控制模塊的描述。

　　A/D轉換器

　　感應電壓的檢測

　　實際轉速的計算

　　目標轉速的計算

　　PWN占空比的計算

　　確定輸出模式

　　初始啟動處理

　　其他一些CPU關于系統(tǒng)異常動作的監(jiān)測和檢測。

　　(3)CPU寄存器的存儲變換

　　CPU具有13個寄存器：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、幀寄存器、中斷表寄存器、程序指針寄存器、用戶堆棧指針（USP）寄存器中斷堆棧指針（ISP）寄存器、狀態(tài)寄存器、標志寄存器(進位標志寄存器、調試標志寄存器、0標志寄存器、符號標志寄存器、寄存器組選擇標志寄存器、溢出標志寄存器、中斷使能標志寄存器。)堆棧指針選擇標志寄存器、處理器中斷優(yōu)先級寄存器、預留域寄存器。

　　存儲變換包括：

　　線性地址空間,固定中斷的矢量,內部RAM,SFR區(qū)域,特殊的頁面矢量等的地址分配。

　　用于本軟件的存儲變換和段配置

　　(4)系統(tǒng)的主要軟件模塊

　　(5)與三相輸出有關的SFR的初始設定值

　　AD轉換器的控制寄存器0－2的設置

　　電動機感應電壓檢測

　　三相輸出PWM設置（24個寄存器）

　　(6)通過120°梯形波交變來實現(xiàn)SPMSM無傳感器型驅動控制流程

　　用于通過120°梯形波交變來實現(xiàn)SPMSM的無傳感器型驅動的主處理

　　初始化處理

　　PWM中斷處理

　　停止處理

　　啟動處理

　　正常處理

　　實際轉速計算處理

　　轉速命令計算處理

　　總線電壓計算處理

　　電動機鎖定檢測處理

　　停止檢測處理。