MLX90316在无刷直流电动机控制中的应用.docx

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1、MLX90316在无刷直流电动机控制中的应用zhangting导语：具体介绍了基于SPI输出形式的MLX90316与dsPIC30F6010的连接方法，给出了在无刷直流电动机控制器中基于MLX90316的速度检测策略。摘要：在介绍MLX90316内部构造以及其输出形式的根底上，给出了以dsPIC30F6010为CPU、以MLX90316为位置反应的无刷直流电动机控制器的构造。具体介绍了基于SPI输出形式的MLX90316与dsPIC30F6010的连接方法，给出了在无刷直流电动机控制器中基于MLX90316的速度检测策略。试验结果证实了MLX90316能进步无刷直流电动机的控制性能。关键词：M

2、LX90316；无刷直流电动机；位置检测；dsPIC30F6010sbalign=centerApplicationofMLX90316inControlofBrushlessDCMotorsCHENGShanmei，CHENZhou，CHENZhiyong/align/bHuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，ChinaAbstract：TheschemeofbrushlessDCmotorcontrollerwaspresentedbasedonintroducinginternalstruetureofMLX90316an

3、ditsoutputmodesInthecontrollerdsPIC30F6010wasitsCPUandMI90316wasitspositionfeedbacksensorTheconnectionbetweenMLx90316anddsPIC30F6010wereinoducedbasedonSPImodeindetailThespeedmeasurementbasedonMLx90316wasgiveninthecontrollerofbrushlessDCmotorThepresentedexperimentalresultsverifiedthatM1290316couldimp

4、rovethecontrolperformanceofbrushlessDCmotorKeyWords：MLX9O316：BrushlessDCmotor；Positionmeasurement；dsPIC30F6010s0引言MLX90316是一种线性霍尔芯片。它采用了平面霍尔传感技术的单片集成传感芯片。传统的平面霍尔技术仅仅可以测量垂直于Ic外表的磁通密度，而Triaxis霍尔技术也可以检测平行于Ic外表的磁通密度。MLX90316可以用来测量与芯片外表共面的磁通密度，可以得到从0度到360度的旋转位置值，通太多种形式输出准确度很高的线性绝对位置信号，并且本钱低廉，安装简便1-2。将MLX

5、90316应用于无刷直流电动机控制系统中可大大进步电动机的调速范围，降低采用霍尔元件的无刷直流电动机控制系统中低速转矩的波动，改善控制性能。1MLX90316构造图1是MLX90316内部的构造框图。芯片前端是采用Triaxis霍尔技术的传感器。由霍尔传感器得到的二路正交的模拟信号经过放大处理后，经过14位微分型AD转换器进入芯片微处理器DSP，再经过16位DSP处理之后的数字信号分3路输出。MLX90316输出具有12位角度分辨率，10位角度精度，并且在一定程度上可以防止外围温度变化对输出精度的影响。MLX90316具有3种输出：由12位DA转换为模拟量输出；频率为100Hz一1000Hz的

6、PWM输出；数字形式下利用串行通讯协议输出SPI。SPISerialProtocolInterface总线接口是一种同步串行外设接口。这是一个4根信号线的串行接口协议，包括主、从两种形式。这4根信号线分别是：时钟线SCK、数据输入线MISO、数据输出线MOSI和从设备使能线ss。图2是数据传输构造图。该图具体描绘了MLX90316的SPI通讯经过。即主控端先输出一个0xAA以及一个OxFF作为通讯起始信号，然后接着输出8个OxFF，而从端会同时输出2个OxFF、4个字节的角度信号以及4个OxFF，进而完成一次数据通讯。在无刷直流电动机控制中，当电动机转子在360。附近的一个很小区间内时，模拟量

7、输出会随机产生一个电压值，会导致电动机位置及速度检测错误。另外，根据MLX90316内部构造框图，串行通讯的输出信号直接来自于MLX90316的内部DSP输出，SPI输出形式更稳定，误差更小，并且具有更高的抗干扰才能。所以MLX90316的SPI输出形式更适用于电动机控制系统中。在无刷直流电动机控制器的设计中，本文选择了MLX90316的SPI输出形式。2控制器构造无刷直流电动机控制器的总体构造如图3所示。运动控制专用DSP芯片dsPIC30F6010构成了控制器的核心控制单元2-3。控制量由外部端子及模拟量或RS485键盘或PC机通过Modbus协议给出；电动机转子位置由MLX90316获得

8、；MLX90316的SPI输出信号直接与dsPIC30F6010的SPI模块相连；PWM驱动信号通过电动机控制MCPWM模块产生；故障信号的检测由外部电路产生，并送给dsPIC30F6010的IO口。逆变电路采用IPM智能集成模块。它不仅把功率开关管和门极驱动电路集成在一起，而且还包含了过压、过流和过热等故障检测电路。控制器采用PM20CSJ060模块。该模块为6只IGBT管封装模块，额定电压为600V，额定电流为20A，开关频率可达20kHz。由于系统仅需要从MLX90316芯片获得位置信号，属于单向通讯，因此为了进一步节省其引脚及精简接线，MLX90316的SPI通讯形式仅需3根线接入无刷

9、电机控制系统中。dsPIC30F6010与MLX90316的时钟线SCK和从设备使能线SS直接相连，而dsPIC30F6010的SDI1和SD01这两个引脚那么通过一个信号处理电路接至MLX90316引脚MISOMOSI。该处理电路如图4所示。3基于MLX90316的速度检测根据MLX90316芯片的通讯要求，本应用采用了dsPIc30F6010芯片为主控端、MLX90316芯片为从端的控制方式。通讯所需的同步时钟信号由主控端产生，并且数据帧同步信号SS也通过将主控端的IO口输出拉低来实现。这样，在主控端dsPIC3OF6010芯片上便可以完全控制位置信号输入的时间以及信号的传输频率。在高速形

10、式下，MLX90316对SPI通讯的要求主要包括以下几个方面：同步时钟周期不小于23s；每个传输的字节数据之问的间隔不小于125s；数据帧同步信号ss的无效时问不小于300s；通讯起始字节数据与后面的位置信号数据之问的时间间隔不小于15s。这些要求可通过公道设定时钟周期和定时器溢出中断延时实现。取速度环周期为1ms，在每个速度环一次发送0xAA和9个OxFF，同时通过查询相应状态位的方式将同步传输的10个字节的数据信号存人数组。当所有接收数据都读取到数组以后，再对该数组的数据进展校验。在MLX90316的SPI通讯的数据格式中，第36个字节的数据为位置信号。其中，前两个字节分别是位置信号的高字

11、节和低字节；而后两个字节那么是前两个位置信号数据的取反值，用来校验数据的正确性。假如前两个字节与后两个字节的取反值一样，那么可确定SPI通讯经过中没有出现任何问题，但是MLX90316芯片输出的信号是否为有效信号，其角度检测是否出现错误这个问题那么需要进一步验证。由于SPI输出形式的角度信号是14位的二进制数，所以该芯片的输出信号最低2位是数据状态值，即当最低2位的值为1时表示高14位的角度信号正确，而当最低2位的值为2时那么讲明MLX90316在位置检测时出现了错误，详细的错误来源可以根据高14位的值查相应的错误表得到。假如在以上通讯经过中出错或是传输的数据显示MLX90316检测出错，那么

12、应当立即封闭PWM信号，并点亮错误指示灯，同时显示错误信息。假如获得的角度信号正确，那么可将此次的角度数据右移2位后减去前次的值以获得1ms内位置信号的差SPIAngleDif，再根据下式计算获得电动机转速：4试验结果及结论在实验中采用的无刷直流电动机主要参数为：极对数4，额定转速为2000rmin，额定电流055A，额定功率180W。图5和图6为电动机采用MLX90316作为反应，转速给定分别为1000rrain和100rrain时的速度响应波形。图7为电动机采用霍尔元件作为反应、转速给定分别为1000rmin时的速度响应波形。当转速为100rmin的低速时，速度环周期较大，测速误差也较大，

13、在实际应用中无法实现低速控制。从试验结果可以看出，在无刷直流电动机控制器中，MLX90316能克制霍尔元件低速性能差的缺点，进步电动机速度控制范围和精度，并且具有价格上风。MLX90316的SPI输出方式在应用中的主要问题是存在一定传输延时，影响控制精度，十分是在中高速表现得比拟明显，这是下一步研究工作中需要解决的主要问题。1MelexisMieroeleetronieIntegratedSystemMIX90316RotaryPositionSensorIC20052MicrochipTechnologyIncdsPIC30FFamilyR商目mceManua12OO43程善美，陈志勇面向电机控制的高性能DSC芯片J微电机，2006，393：77-800