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浙江理工大学本科毕业设计（论文）
第3章 控制算法设计
3.1控制算法
下面从控制器的硬件结构和应用场合出发，来分析说明控制器如何来完成所
肩负的任务。
3.1.1 控制器所要完成的任务
本BLDC控制器应用于类似于驱动电动自行车电机的应用场合。
由电机学可知，一台BLDC电机可由如下物理参数定义：各相绕组内阻R（Ω）、各相绕组电感L（H）、逆感应电动势系数ke(V/rad/s)、电磁转矩系数kt（N.m/A）、粘性阻尼系数B（N.m/(rad/s)）、转动惯量J（Kg.m2）、和电机磁极数P。而一台电机的运动参数可由以下变量描述：电机的机械状态有转速ω（rad/s）、转角θ（rad）、转矩T（N.m）；电机的电气状态有，相电压V_a、V_b、V_c（V）和相电流I_a、I_b、I_c（A）。而这些运动参数并不是完全相互独立的，电机的运动学方程描述了这些变量间的关系。
而控制器人机接口硬件电路，阐明了控制器至少应该能控制电机的转速ω
（rad/s）这个运动参数。并根据硬件的正反转及制动按钮，可进一步把这个被控制的电机参数行为划分为：转速大于0、转速小于0和转速变位0。根据硬件的转速调节旋钮，还可进一步把这个参数行为划分为：转速增加和转速减小。
考虑到这种应用场合和硬件电路结构决定的，控制器实现的是开环BLDC控
制：控制器逆变电路决定了，控制器只能通过控制电机的各相电压V_a、V_b、V_c（V）来实现控制电机的运行。
故实际控制器仅是通过PWM这种电压控制方式，来控制电机的各相电压来
实现控制。进而实际人机接口的各种控制要求映射成了如下形式： 电机正转?与电机转子相适应的绕组正向旋转磁场； 电机反转?与电机转子相适应的绕组反向旋转磁场； 电机制动?各相绕组短接制动；
电机转速控制?用PWM控制驱动各相绕组的电压大小；
系统除了上面的对电机的控制任务外，还包括：系统状态LED显示、逆变
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桥MOS管过流保护这两个任务。 3.1.2 控制器任务的实现
下面介绍主控芯片CPLD如何具体实现上面所陈述的控制器所肩负的任务。
任务1：电机转速控制?用PWM控制驱动各相绕组的电压大小：
由555芯片构建的PWM电路，已经实现了目标转速大小这个模拟量到PWM
占空比的转化。那么CPLD芯片只需读取这个占空比的大小即可。 实现方案如下：
（1）构建一个寄存器A；构建一个脉冲计数器B； （2）在外部PWM输入的上升沿清零脉冲计数器B；
（3）在外部PWM输入的高电平器件，计数器B计数芯片系统时钟； （4）在PWM输入的下降沿，把计数器B内的数值传递给寄存器A；
那么，寄存器A内的数值?CPLD时钟周期?输入的PWM高电平宽度（目
标转速大小）。
CPLD还须构造一个用于分频系统时钟的可调分频数的分频器，用于产生驱
动逆变桥MOS管的PWM波。并最终通过把此PWM波加载到逆变桥导通的上端MOS管的门极上，实现对电机相电压大小的控制。即所谓的上端MOS PWM驱动，下端完全导通的电机控制方式。 实现方案如下：
（1）系统时钟分频器可由对系统时钟计数的计数器构造。设定计数器的初始值，使得实际计数值与目标转速信号大小相对应，并判断计数器的最高位是否置1，即可获得所需PWM的高电平时间。用同样的方法构造低电平时间，拼成一个完整的PWM周期。
（2）通过把这个PWM（1、0）信号，和逆变桥上端MOS管控制信号（1、×），进行“与（AND）”操作。实现把PWM信号加载到所需要PWM信号的MOS管上。
任务2：电机正转?与电机转子相适应的绕组