摘要：针对开关磁阻电机调速体系的规划要求，提出了以Atmega16作为CPU，并运用该单片机硬件和软件上的长处来进步体系处理速度,简化外围 电路和进步性价比的规划办法。 关键词：电机调速;开关磁阻电机;规范单脉冲数;Atmega16 1 导言 现在，跟着汽车工业的开展，动力缺少问题日趋严峻。为此，国家科技部发动了“863电动汽车严重专项”，而开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，简称SRM)以其发动转矩大、调速规模宽等长处被作为未来电动汽车的抱负驱动电机之一。开关磁阻电机是一种必须在操控器和谐操控下才干作业起 来的电机，因此操控器功用的好坏直接影响电机的作业功用。以往操控体系所选用的CPU主要有三种类型：一是选用51系列8位单片机，这种处理器处理速度相 对缓慢，功用简略，外围电路比较复杂。二是选用196系列16位单片机，这种处理器处理速度比较快，但因为内部外设模块不行丰厚，因此外围电路仍相对复 杂。三是选用240系列DSP，这种处理器处理速度快，内部外设模块丰厚，但芯片价格昂贵，所以不能得到较广泛的运用。
本文选用Atmel公司出品的Atmega16作为CPU来操控开关磁阻电机，大大进步了性价比。 2 AVR系列单片机 AVR单片机是现在最新的单片机系列之一，具有速度高、片内硬件资源丰厚等长处，可作为真实意义上的单片机运用。它的最大特点是低功耗和高速度，其掉电方 式、搁置办法至作业办法下的耗电约为1μA～2.5μA。该系列单片机选用现代微处理器流水管线预取指令技能，筛选了机器周期的概念。它以时钟周期为指令 履行的根本时刻单位，每个时钟周期可履行一条指令。时钟频率一般选用4MHz～8MHz，故最短的指令履行时刻为250ns～25ns。在12MHz频率 下，指令的吞吐量为12MIPS，这是一般MCS-51单片机速度的12倍。AVR系列片内含有模仿比较器，与输入捕捉功用合作可进行多种模仿操控和转 换。它学习了某些机型的高速输入输出HSIO和可编程计数阵列PCA的概念，完成了自身的输入捕捉、输出比较和脉冲宽度调制输出功用，然后成为脉冲信号测 量、开关量准时操控及某些直流马达调速的得力东西。在软件开发方面，AVR单片机内含容量不等的闪速程序存储器(Flash Memory,简称Flash)，可重复擦写至少1000次，极大当地便了产品开发和软件批改。Flash存储器中的程序可由PC机串行下载，亦可在通用 写入器上以并行办法写入。 3 开关磁阻电机作业原理 所谓磁阻电机是指电机各磁路的磁阻随转子方位而改动，因此电机的磁场能量也将随转子方位的改变而改变，并将磁能变换成机械能。这种结构与步进电动机类似， 开关磁阻电动机的工作亦遵从“磁阻最小原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的途径闭合。而具有必定形状的铁心在移动到最小磁阻方位时，必使自己的主轴线与磁场 的主轴线重合。图1为四相开关磁阻电机结构图，当定子D-D‘极励磁时，所产生的磁力会力求使转子旋转到转子极轴线1-1’与定子极轴线D-D’重合的位 置，并使D相励磁绕组的电感最大。若以图1中定、转子所对的方位作为开端方位，然后顺次给D-A-B-C相绕组通电，转子会逆着励磁次序以逆时针方向接连 旋转;反之，若顺次给B-A-D-C相通电，则转子会沿顺时针办法滚动。可见，开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺 序。 4 体系规划要求及结构完成 关于额定功率为0.75kW、转速为50～2000r.p.m的8/6极SRM，在低速时可选用PWM办法来操控，而在高速时则应选用单脉冲操控。电机转 子每转过15%26;#176;，方位传感器PIA和PIB会产生改变并产生一次相中止，之后MSP430根据外部操作要求(如正传或回转)及当时状况来 决议下一次输出状况并送给数字比较器，当与下一次中止信号共一起，它会向CPU发送一次中止，并输出相信号给逻辑电路，终究驱动电动机。一起根据此中止信 号核算转速，以作为高速单脉冲作业状况的参考点(关于高速单脉冲，因为在高速时没有满足时刻准确核算开关角的巨细，因此本规划采纳每相固定导通 30%26;#176;的操控办法，其完成办法待后胪陈)。 当转速给定后，即可选用调理电位器输出模仿量送给Atmega16的A/D模块。体系中的LED用于显现转化速等信息，键盘用于设定各参量(如方向等)。 其操控结构框图如图2所示。 4.1 PWM操控 AVR的T/C1除具有守时、计数、输入捕捉和输出比较功用外，还可构成两个脉冲宽度调制PWM输出通道。因为经缓冲的PWM输出可驱动电机，且其转速正 比于OCR1A或OCR1B寄存器的内容。因此，能够运用OCR1A输出PWM波，再将该信号与各路相输出信号相与后输出，然后完成操控各路相信号以及低 速调速之意图。 图2 4.2 高速单脉冲操控 选用高速单脉冲操控办法时，可使关断角坚持不变，然后使注册角在较宽的规模内进行调理，终究完成高速高速。因为AVR系列单片机具有输入捕捉功用，因此可 将PIA或PIB信号送给ICP脚，然后让%&&&&&%P1寄存器首要捕捉脉冲上升沿产生的时刻，接着再捕捉下一次上升沿产生的时刻，然后用这段时刻除以相距离的 视点15%26;#176;就可得到规范单脉冲数。当然，因为中止处理需求必定的时刻，所以要经过软件批改。这样就能够高精度操控高速作业时的注册角和关 断角，然后完成高速单脉冲的软件操控。 5 软件示例 5.1 相输出子程序示例 ;正转相输出 .def xiin=r16 ;相输入信号寄存器 ;==================== xinoutz:in xiin,pind ;将相输入信号送给寄存器 andi xiin,$03 ;相与只剩下相信号 cpi xiin,$01 ;是否da输出 brbc 1,daout ;持平，da输出 cpi xiin,$03 ;是否ab输出 brbc 1,about ;持平，ab输出 cpi xiin,$02 ;是否bc输出 brbc 1,bcout ;持平,bc输出 cpi xiin,$00 ;是否cd输出 brbc 1,cdout ;持平,cd输出 ;==================== ;回转相输出 ;==================== xinoutf:in xiin,pind ;将相输入信号送给寄存器 andi xiin,$00 ;相与只剩下相信号 cpi xiin,$01 ;是否da输出 brbc 1,daout ;持平，da输出 cpi xiin,$02 ;是否ab输出 brbc 1,about ;持平，ab输出 cpi xiin,$03 ;是否bc输出 brbc 1,bcout ;持平,bc输出 cpi xiin,$01 ;是否cd输出 brbc 1,cdout ;持平，cd输出 ;==================== daout:sbic pinb,4 ;注册a相低电平有用 sbic pinb,7 ;注册d相? sbis pinb,5 sbis pinb,6 ret about:sbic pinb,4 ;注册a相 sbic pinb,6 ;注册b相 sbis pinb,5 sbis pinb,7 ret bcout:sbic pinb,5 ;注册c相 sbic pinb,6 ;注册b相? sbis pinb,7 sbis pinb,4 ret cdout:sbic pinb,5 ;注册c相 sbis pinb,7 ;注册d相? sbis pinb,4 sbis pinb,6 ret 5.2 速度收集显现子程序示例 .include m16def.inc .org $001c rjmp adcint .def channel=r29 ;模仿通道号 .def lresult=r2 ;转化低字节 .def hresult=r3 ;转化高字节 .def temp=r16 .equ sample=$0060 ;采样数据1缓冲区首地址 .equ sample2=$0063 ;采样数据2缓冲区首地址 .def round=r17 ;显现回合计数器 .def outer=r19 ;寄存外环计数器 .def inner=r18 ;寄存内环计数器 .equ slabel=$0400 ;字符码首地址 .def hxian=r2 ;寄存预显现高字节 .def lxian=r1 ;寄存预显现低字节 ;收集显现速度占用体系资源r1r2s3r4r16,$60～$69 adcin:ldi channel,$04 ;从4通道开端 out admux,channel ldi r16,$ee ;自在工作办法 out adcsr,r16 ;发动转化 clr xh ;树立sram指针 ldi x1,$60 inc channel ;通道号增1 out admux,channel ;选通道4 sbi adcsr,3 ;敞开ad中止 ldi r28,$03 ;转化次数 adhere:rjmp adhere ;等候中止 adcint:in lresult,adcl ;读转化成果 in hresult,adch st x+,lresult dec r28 brne adnextc rjmp adret adnextc:ldi r28,$03 ;转化次数 inc channel ;通道号加1 out admux,channel ;选下一个通道 cpi x1,$70 ;转化的是通道7吗 brme adret ;否，回来 cbi ADCSR,7 ;是，中止转化 adret:reti 6 结束语 实际运用证明：Atmel公司出品的Atmega16系列单片机具有处理速度快，内部外设功用模块丰厚等长处，是一种性价比较高的单片机，特别适用于电池 供电、便携式以及电机驱动等体系。本文的开关磁阻电机充分运用了该单片机丰厚的内部外设模块，因此简化了外围电路，大大进步了性价比。
