基于CAN接口实现多机控制系统设计.doc
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1、基于CAN接口实现多机控制系统设计近年来,科技进步引领微 (MCU) 的使用快速增长,并广泛应用于洗衣机、空调及其他家电。而现代电机控制算法,则可以让这些产品从中受益,实现高效安静运行。MCU 还能应用于物联网应用的机对机通信以及整机控制中。总的来说,制造商能够生产更高效、运行噪音更小的电器,并且在提高性能安全的同时保持高性价比。开发现代电器时,需要同时控制多个电机对工程师来说会是一大挑战。工程师不仅要处理更高的复杂性,还必须确保任何情况下的安全运行,包括设备故障时的安全。如图 1 的空调系统所示,需要控制多个电机,包括一个压缩机、数个室内单元风扇及数个室外单元风扇。所有电机必须高效、低噪音地
2、运行,能够准确地侦测过流、过热、机械损坏等问题,以确保故障时也能安全运行。图1: 空调系统配有多个电机,包括一个压缩机、数个室内单元电机及数个室外单元电机。功能图2所示为现代电机控制中常用于永磁同步电动机 (PMSM) 的向量控制和磁场定向控制 (FOC) 算法。左边的浅蓝色模块表示软件内执行的功能,包括坐标变换(Clarke、Park 及其逆变量)和 PID(比例、积分、微分)控制器等。“内部硬件”由专用的微控制器外设组成,这让软件模块能够有效地执行。其中模拟数字转换器(ADC) 用于测量与脉冲宽度调制 (PWM) 同步的电机绕组的电流,并馈送回控制算法。控制算法的输出必须传达至逆变器中的功
3、率开关器。逆变器则使用 PWM 控制技术来驱动电机,包括用于应对功率晶体管有限开关速度的死区时间插入。图2: 用于交流空调电机控制的逆变器算法,分为软件、内部及外部硬件三大模块内部硬件中的多功能计时器 (MFT) 不但可以为每一个输出信号 (u、v、w) 及其互补信号 (u-、v-、w-) 产生基本 PWM 脉冲,包括死区时间。这些信号是用于驱动输出桥的高低侧开关。在这个示例中,采用内部正交位置和分辨率计数器(QPRC) 外设以获取转子位置信息。磁场定向控制(FOC) 算法执行所需的转子信息可通过工业环境中 PMSM 电机上安装的光学或磁性编码器获取,如伺服驱动器。在家用电器或其他应用中,该模
4、块通常使用“无传感”控制方法实行。无传感控制通过电机数学模型计算转子距离已测量电机电流的位置,而不是测量转子的位置。当一个微控制器控制多个电机时,进行高效、实时的密集计算需要一个复杂的软件架构。而这种软件架构开发难度高、调试耗时大、并且难以测试电机性能是否达到要求的质量和安全水平。多功能计时器和转速表此类集成外设可以通过减少 MCU 的计算量来简化多电机控制。此外,可利用软件库协助外设进一步简化设计,并缩短上市时间。使用多个 多功能计时器 可以实现微控制器向多个电机输出信号。例如, S6E2H 高性能 FM4 系列 MCU 集成了 3 个 多功能计时器,令多达 18 个 PWM 通道(例如,9
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