基于AVR單片機的無刷直流電機控制系統設計

　　嚴格地講，永磁無刷直流電機是一個多變量、非線性系統，線性是在一定的范圍內和一定程度上對永磁無刷直流電機系統的近似描述。而在對永磁無刷直流電機控制系統的精度和性能要求較低的應用場合，可以忽略系統的非線性，或者局部線性化后，在一定范圍內可以滿足對控制的要求。

　　控制系統硬件總體構架

　　系統硬件主要由控制電路、驅動電路、顯示電路、RS-232接口電路組成，如圖1控制系統硬件框圖所示。

　　由永磁無刷直流電機運行原理可以知道，永磁無刷直流電機的平均工作電流與轉速成反比例函數關系，也即轉矩隨轉速成線性關系，因此控制無刷直流電機轉速就可以控制其電磁轉矩，而且永磁無刷直流電機通過改變電源電壓實現平滑調速。從圖1可以看出，本系統是速度閉環和電流閉環雙閉環控制系統。霍爾位置傳感器的位置信號經信號處理后送專用驅動芯片后產生一個速度脈沖信號經單片機處理轉換成轉速，再運用增量式PID算法，得到PWM控制信號經過光耦隔離電路驅動專用集成驅動芯片閉環控制轉速，并且霍爾電流傳感器檢測的電流信號進入Atmega 16L單片的A/D轉換器[3-4]，將電流模擬量轉換成數字量后進行電流閉環控制。同時，單片機還監控控制系統的運行狀態，當系統出現短路、過流、過壓等故障時，單片機將封鎖PWM輸出信號，使電機停機，并通過LED電路顯示故障。

　　PWM信號產生及處理電路

　　Atmega 16L產生的PWM信號通過光電藕合器產生同周期的PWM信號，經分壓濾波之后輸出一個O-5V的用于驅動電路的調速電壓。為了起到隔離效果，在光電耦合器輸入端采用與Atmega 16L相同的5V電壓，在輸出端采用給電機供電的12V電壓。采用穩壓二極管使光電耦合器穩到9V，它的PWM信號經兩級RC濾波之后變得平滑，并且光電耦合器的兩端分別接地，所以光電耦合器起到了主控電路與驅動電路電氣隔離作用。