摘要：在介紹MLX90316內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其輸出模式的基礎(chǔ)上，給出了以dsPIC30F6010為CPU、以MLX90316為位置反饋的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)。詳細(xì)介紹了基于SPI輸出模式的MLX90316與dsPIC30F6010的連接方法，給出了在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器中基于MLX90316的速度檢測(cè)策略。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了MLX90316能提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制性能。 關(guān)鍵詞：MLX90316；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；位置檢測(cè)；dsPIC30F6010s [b][align=center]Application of MLX903 16 in Control of Brushless DC M otors CHENG Shan—mei，CHEN Zhou，CHEN Zhi—yong[/align][/b] Abstract：The scheme of brushless DC motor controller was presented based on introducing internalstrueture of MLX903 16 and its output modes． In the controller． dsPIC30F6010 was its CPU andMI 90316 was its position feedback sensor． The connection between MLx90316 and dsPIC30F6010were in～oduced based on SPI mode in detail．The speed measurement based on MLx903 16 was given inthe controller of brushless DC motor． The presented experimental results verified that M12（903 16 couldimprove the control performance of brushless DC motor． Key Words：MLX9O3 16：Brushless DC motor；Position measurement；dsPIC30F6010s 0 引 言 MLX903 16是一種線性霍爾芯片。它采用了平面霍爾傳感技術(shù)的單片集成傳感芯片。傳統(tǒng)的平面霍爾技術(shù)僅僅可以測(cè)量垂直于Ic表面的磁通密度，而Triaxis霍爾技術(shù)也可以檢測(cè)平行于Ic表面的磁通密度。MLX90316可以用來(lái)測(cè)量與芯片表面共面的磁通密度，可以得到從0度到360度的旋轉(zhuǎn)位置值，通過(guò)多種模式輸出準(zhǔn)確度很高的線性絕對(duì)位置信號(hào)，并且成本低廉，安裝簡(jiǎn)便[1-2]。將MLX90316應(yīng)用于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中可大大提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍，降低采用霍爾元件的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中低速轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，改善控制性能。 1 MLX90316結(jié)構(gòu) 圖1是MLX90316內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖。芯片前端是采用Triaxis霍爾技術(shù)的傳感器。由霍爾傳感器得到的二路正交的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后，經(jīng)過(guò)14位微分型A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入芯片微處理器（DSP），再經(jīng)過(guò)16位DSP處理之后的數(shù)字信號(hào)分3路輸出。MLX90316輸出具有12位角度分辨率，10位角度精度，并且在一定程度上可以避免外圍溫度變化對(duì)輸出精度的影響。MLX90316具有3種輸出：由12位D／A轉(zhuǎn)換為模擬量輸出；頻率為100 Hz一1 000 Hz的PWM輸出；數(shù)字模式下利用串行通信協(xié)議輸出（SPI）。 SPI（Serial Protocol Interface）總線接口是一種同步串行外設(shè)接口。這是一個(gè)4根信號(hào)線的串行接口協(xié)議，包括主、從兩種模式。這4根信號(hào)線分別是：時(shí)鐘線（SCK）、數(shù)據(jù)輸入線（MISO）、數(shù)據(jù)輸出線（MOSI）和從設(shè)備使能線（／ss）。 圖2是數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖。該圖詳細(xì)描述了MLX90316的SPI通信過(guò)程。即主控端先輸出一個(gè)0xAA以及一個(gè)OxFF作為通信起始信號(hào)，然后接著輸出8個(gè)OxFF，而從端會(huì)同時(shí)輸出2個(gè)OxFF、4個(gè)字節(jié)的角度信號(hào)以及4個(gè)OxFF，從而完成一次數(shù)據(jù)通訊。 在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在360。附近的一個(gè)很小區(qū)間內(nèi)時(shí)，模擬量輸出會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)電壓值，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)位置及速度檢測(cè)錯(cuò)誤。另外，根據(jù)MLX90316內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，串行通信的輸出信號(hào)直接來(lái)自于MLX90316的內(nèi)部DSP輸出，SPI輸出模式更穩(wěn)定，誤差更小，并且具有更高的抗干擾能力。所以MLX90316的SPI輸出模式更適用于電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中。在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的設(shè)計(jì)中，本文選擇了MLX90316的SPI輸出模式。 2 控制器結(jié)構(gòu) 　　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)用DSP芯片dsPIC30F6010構(gòu)成了控制器的核心控制單元[2-3]?？刂屏坑赏獠慷俗蛹澳M量或者RS485鍵盤(pán)或者PC機(jī)通過(guò)Modbus協(xié)議給出；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置由MLX90316獲得；MLX903 16的SPI輸出信號(hào)直接與dsPIC30F6010的SPI模塊相連；PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制MCPWM模塊產(chǎn)生；故障信號(hào)的檢測(cè)由外部電路產(chǎn)生，并送給dsPIC30F6010的I／O口。 逆變電路采用IPM智能集成模塊。它不僅把功率開(kāi)關(guān)管和門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，而且還包含了過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路?？刂破鞑捎肞M20CSJ060模塊。該模塊為6只IGBT管封裝模塊，額定電壓為600 V，額定電流為20 A，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)20 kHz。 由于系統(tǒng)僅需要從MLX903 16芯片獲得位置信號(hào)，屬于單向通信，因此為了進(jìn)一步節(jié)省其引腳及精簡(jiǎn)接線，MLX90316的SPI通信模式僅需3根線接入無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)中。dsPIC30F6010與MLX90316的時(shí)鐘線（SCK）和從設(shè)備使能線（／SS）直接相連，而dsPIC30F6010的SDI1和SD01這兩個(gè)引腳則通過(guò)一個(gè)信號(hào)處理電路接至MLX90316引腳MISO／MOSI。該處理電路如圖4所示。 3 基于MLX90316的速度檢測(cè) 根據(jù)MLX903 16芯片的通訊要求，本應(yīng)用采用了dsPIc30F6010芯片為主控端、MLX90316芯片為從端的控制方式。通信所需的同步時(shí)鐘信號(hào)由主控端產(chǎn)生，并且數(shù)據(jù)幀同步信號(hào)／SS也通過(guò)將主控端的I／O 口輸出拉低來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，在主控端dsPIC3OF6010芯片上便可以完全控制位置信號(hào)輸入的時(shí)間以及信號(hào)的傳輸頻率。 在高速模式下，MLX90316對(duì)SPI通信的要求主要包括以下幾個(gè)方面：同步時(shí)鐘周期不小于2．3 μs；每個(gè)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)據(jù)之問(wèn)的間隔不小于12．5 μs；數(shù)據(jù)幀同步信號(hào)／ss的無(wú)效時(shí)問(wèn)不小于300 μs；通信起始字節(jié)數(shù)據(jù)與后面的位置信號(hào)數(shù)據(jù)之問(wèn)的時(shí)間間隔不小于15μs。這些要求可通過(guò)合理設(shè)定時(shí)鐘周期和定時(shí)器溢出中斷延時(shí)實(shí)現(xiàn)。取速度環(huán)周期為1 ms，在每個(gè)速度環(huán)一次發(fā)送0xAA和9個(gè)OxFF，同時(shí)通過(guò)查詢(xún)相應(yīng)狀態(tài)位的方式將同步傳輸?shù)?0個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)信號(hào)存人數(shù)組。 當(dāng)所有接收數(shù)據(jù)都讀取到數(shù)組以后，再對(duì)該數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。在MLX90316的SPI通訊的數(shù)據(jù)格式中，第3～6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)為位置信號(hào)。其中，前兩個(gè)字節(jié)分別是位置信號(hào)的高字節(jié)和低字節(jié)；而后兩個(gè)字節(jié)則是前兩個(gè)位置信號(hào)數(shù)據(jù)的取反值，用來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。 如果前兩個(gè)字節(jié)與后兩個(gè)字節(jié)的取反值相同，則可確定SPI通訊過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，但是MLX90316芯片輸出的信號(hào)是否為有效信號(hào)，其角度檢測(cè)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤這個(gè)問(wèn)題則需要進(jìn)一步驗(yàn)證。由于SPI輸出模式的角度信號(hào)是14位的二進(jìn)制數(shù)，所以該芯片的輸出信號(hào)最低2位是數(shù)據(jù)狀態(tài)值，即當(dāng)最低2位的值為1時(shí)表示高14位的角度信號(hào)正確，而當(dāng)最低2位的值為2時(shí)則說(shuō)明MLX90316在位置檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，具體的錯(cuò)誤來(lái)源可以根據(jù)高14位的值查相應(yīng)的錯(cuò)誤表得到。 如果在以上通信過(guò)程中出錯(cuò)或者是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)顯示MLX90316檢測(cè)出錯(cuò)，則應(yīng)當(dāng)立即封鎖PWM信號(hào)，并點(diǎn)亮錯(cuò)誤指示燈，同時(shí)顯示錯(cuò)誤信息。 如果獲得的角度信號(hào)正確，則可將此次的角度數(shù)據(jù)右移2位后減去前次的值以獲得1 ms內(nèi)位置信號(hào)的差SPI—AngleDif，再根據(jù)下式計(jì)算獲得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 4 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論 在實(shí)驗(yàn)中采用的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)為：極對(duì)數(shù)4，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r／min，額定電流0．55 A，額定功率180 W。 　　 圖5和圖6為電動(dòng)機(jī)采用MLX90316作為反饋，轉(zhuǎn)速給定分別為1 000 r／rain和100 r／rain時(shí)的速度響應(yīng)波形。 圖7為電動(dòng)機(jī)采用霍爾元件作為反饋、轉(zhuǎn)速給定分別為1 000 r／min時(shí)的速度響應(yīng)波形。當(dāng)轉(zhuǎn)速為100 r／min的低速時(shí)，速度環(huán)周期較大，測(cè)速誤差也較大，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)低速控制。 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器中，MLX90316能克服霍爾元件低速性能差的缺點(diǎn)，提高電動(dòng)機(jī)速度控制范圍和精度，并且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。MLX90316的SPI輸出方式在應(yīng)用中的主要問(wèn)題是存在一定傳輸延時(shí)，影響控制精度，特別是在中高速表現(xiàn)得比較明顯，這是下一步研究工作中需要解決的主要問(wèn)題。 參考文獻(xiàn) [1] Melexis Mieroeleetronie Integrated System．MIX90316 Rotary Po—sition Sensor IC． 2005． [2] MicrochipTechnologyInc．dsPIC30F FamilyR商目mceManua1．2OO4． [3] 程善美，陳志勇．面向電機(jī)控制的高性能DSC芯片[J]．微電機(jī)，2006，39（3）：77-80．