基于单片机的永磁同步电机控制方法

摘 要 基于单片机的永磁同步电机控制方法是根据单片机特点，充分利用其低功耗、高性能、可编程和存储的特点，设计合理的控制电路和控制软件，以提高永磁同步电机的应用领域和使用效果，在本文中笔者对电机控制的具体电路设计进行详细的阐述，并对软件设计部分提供一定的设计思路，希望能够对基于单片机的永磁同步电机控制方法的设计者有所帮助。

【关键词】单片机 永磁同步电机 控制方法

永磁同步电机具有非线性的特点，针对此类强耦合特性的控制比较复杂，如何实现对永磁同步电机的控制，拓宽永磁同步电机的应用领域，成为基于单片机的永磁同步电机控制系统的设计开发者的共同目标。单片机对永磁同步电机的控制具有高性能、低功耗的特点，不但能够实现对信号采集、通讯以及算法等功能的实现，而且能够有效的改善对永磁同步电机的控制性能，拓宽了永磁同步电机的应用领域，如下我们将对基于单片机的永磁同步电机控制系统设计的相关问题进行探讨，希望能够对提高基于单片机永磁同步电机设计水平有所帮助。

1 系统控制原理

1.1 永磁同步电机控制系统

永磁同步电机控制系统的核心部分之一就是对控制系统变频性能的控制，控制系统主要是通过电压矢量的脉宽调制来实现对IGBT的时间进行动态控制，空间磁场控制是永磁同步电机控制的核心方式，根据电子转矩的控制来测定电机的转速以及定子电流。

1.2 电压空间矢量的脉宽调制

在永磁同步电机的电气控制系统中，电压空间矢量的脉宽调是一项应用比较成熟的技术，能够极大的提升对直流电的利用效率。在永磁同步电机高速运转的时候，电流会降低很多，为了能够很好的利用前端电源，可以采用三相对称电压进行供电，确保电机的正常工作。除此之外通过改变电压空间矢量能够实现对顶点圆形移动轨迹的控制，从而实现对IGBT驱动时间的控制。

2 系统控制构成

基于单片机的永磁同步电机控制系统包含核心控制器、定子电流检测功能以及智能控制模块这三项核心部分，针对三项内容的控制都需要单片机的控制来实现。

2.1 单片机控制器

单片机控制机具有低功耗、高性能的特點，能够在不同核之间进行转换，而且运行速度快，代码密度相对比较简单，相比其它控制方式能够节省将近50%的代码空间。单片机的功耗方面比较低，相同频率下能够减少30%，而且能够根据实际需求设置单片机的状态，例如设置待机模式、工作模式等状态。单片机具备通信、定时器、IO接口等多个通道，能够为使用者提供测试评估工具等便于设计者使用。

2.2 硬件系统主电路

系统主电路是交流变直流再变交流的一个逆变过程，在整流的一侧通过采用二极管来实现切断，控制方法比较简单，功率因数能够达到0.9。因单片机控制的永磁同步电机对于体积和谐波等有一定的要求，采用整合的方式来精简体积，通过三相桥式电路实现对IGBT的控制和保护功能。除此之外还设有过热保护、欠压保护等功能，有效的提高了系统主回路的可靠性。之后将整流后的直流逆变为电机需要的高频交流电源为永磁同步电机供电，系统主电路图如图1所示。

为确保永磁同步电机的安全运行，还要在系统主电路中设置电流检测电路，采用高可靠性的控制方法来实现对主回路的控制。在永磁同步电机的控制技术中最常见的是无线控制技术，该系统可以不通过位置传感器的控制来进行信息反馈，通常可以选择磁链观测器来达到监测信息，详细的说，我们可以通过电机绕组来对电机定子的电压、电流检测来对电机的工作状态进行监控。对于永磁同步电机的三相电流的数据采集可以通过A/D转换通过进行检测，根据三相电特性我们只需检测其中两项分流的电阻便能够达到目标，电流采样之前要确保下桥臂处于闭合状态；为了能够实现可利用时间采样，要对下桥臂闭合时间达到顶峰状态时进行取样；由于不同桥臂的变化会产生一定的电磁干扰，所以在桥臂打开的以后需要经过一定时间的稳定期来进行测试；对于多项电流采样必须要经过单片机能够对全时段的电流值进行读取。

2.3 系统软件设计

基于单片机的永磁同步电机控制系统离不开软件的控制，软件控制包含有程序控制、主程序以及中断服务等核心部分组成。在单片机进行系统恢复之后，每次进行系统初始化之前都会在单片机内部进行状态检测，之后再开启中断来关闭系统的主程序，软件系统在完成所有的中断步骤之后，系统便开始执行终端服务程序，之后系统便能够实现重新复位。

3 结束语

基于单片机的永磁同步电机控制系统是一项实用、智能的系统，通过单片机产生的控制信号实现对永磁同步电机变频器进行控制，此系统充分的利用了单片机强大的计算能力和高度集成，极大的简化了永磁同步电机的控制系统结构，提高了系统的可靠性。

参考文献

[1]孔康，曲波，KONGKang.基于STM32F103VET6单片机的永磁同步电机控制器设计[J].电工电气，2013（07）：21-24.

[2]吕华芬.低速大力矩永磁同步电机的DTC仿真与无传感器研究[D].浙江大学，2012.

作者简介

谢统辉（1982-），男，广东省中山市人。现为中山市技师学院讲师。研究方向为智能家用电器、电工电子、制冷技术等。

作者单位

中山市技师学院 广东省中山市 528429