如何使用双单片机进行无刷直流电机调速系统的设计资料说明

　　为了降低电动车控制模块的成本，设计了带霍尔传感器的三相无刷直流电机（BLDC）的单片机控制系统，本设计采用主、从双单片机模式的控制方案，并采用三片功率管栅极驱动集成芯片，逆变电路采用MOSFET组合的全桥驱动方式。建立了Proteus仿真平台和实物平台，仿真和实验结果表明，该双单片机驱动的BLDC调速平台能够平稳快速运行。因此，该双单片机控制方案可以作为电动车低成本控制的可选方案之一。

　　永磁同步发电机不需要励磁绕组和直流励磁电源，也就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机（Brushless Motor）。在交流电动机中，永磁同步电机的转速在稳定运行时与电源频率保持恒定的关系，这一固有特性称为“同步”（Synchronous），也使得永磁同步电机可以直接用于开环的变频调速系统。调速永磁同步电动机加上转子位置闭环系统构成自同步永磁电动机。其中，反电动势波形和电枢驱动电流波形都是矩形波的电动机，通常称为无刷直流电动机（Brushless Direct Current Motor，BLDCM）；反电动势波形和电枢驱动电流波形都是正弦波的电动机，称为正弦波永磁同步电动机，简称永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）。

　　无刷直流电机与正弦波永磁同步电机等广泛应用在高控制精度和高可靠性的场合，如航空、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等。目前，对无刷直流电机的调速控制主要为采用 DSP 等数字信号处理器、高性能单片机等，实现 BLDC 的数字化控制。本文研究对象为某电动车公司委托开发高性能、低成本的控制器模块，在目前纷扰多变的电动车控制器市场，降低成本对提高竞争力显得越来越重要。所以，本文在现有 DSP 控制等高成本的控制方案外，提出了采用低成本的单片机的控制方案，根据试验调试改进，最终采用两片单片机作为控制核心，实现主、从单片机分工协作的无刷直流电机的控制模式。

　　系统设计

　　本系统的总体功能框图如图 1 所示，本系统硬件电路主要由单片机控制器、键盘模块、显示模块、位置传感器模块、驱动电路模块、电机本体模块、保护模块、电源模块等部分组成。系统将捕获的键盘信号、转子位置信号和转速信号送给处理器，通过内部程序输出系统状态数据给显示器，同时通过 PID 算法和脉宽调制 PWM 技术，输出正确的换相与调速信号给驱动电路，再利用开关驱动方式使半导体功率器件工作在开关状态，来控制电机电枢电压，从而实现无刷直流电机系统的换相、闭环调速和状态显示等功能。