15、无刷电机控制、TTL逻辑与双极放大器知识解析

无刷电机控制、TTL逻辑与双极放大器知识解析

1. 无刷电机控制

1.1 控制速率与任务

无刷电机控制器的运行速率要比有刷电机控制器高很多，必须在电机旋转的极小部分内进行主动控制。例如，图8.28所示的换向方案每60度改变一次配置，要求任务周期为6 rev/s。

通常可以使用两个任务来操作电机：
- 任务一：执行换向操作，改变通电的线圈。该任务由一个定时器控制，定时器的超时时间间隔基于电机速度的估计值。
- 任务二：监测反电动势的过零点，并进行控制律计算以更新换向时间。过零点作为事件处理。如果电机以指令速度旋转，过零点应出现在换向周期的中间。若过零点提前出现，说明电机运行过慢，需要缩短换向周期。

1.2 启动控制与CPU利用率

一般需要单独的启动控制算法使电机达到设定速度。换向和过零任务的执行速率取决于电机速度。可以根据最小换向周期来计算最坏情况下的CPU利用率，对于60度控制方案，最小换向周期(T_{min} = 6 / rev_{max})。给定换向执行时间(t_c)和过零执行时间(t_z)，最坏情况下的CPU利用率为：
[U_{brushless} = \frac{t_c + t_z}{T_{min}}]

1.3 适用的微控制器

有多种为无刷电机控制设计的微控制器，例如：
- Microchip Technology PIC16F：包含模数转换器、模拟比较器、电压参考和多个定时器，可进行整数运算。
- TI TMS320F28004x微控制器：使用32位CPU进行浮点运算，有单独的浮点运算控制律加速器、三个模数转换器、七个窗口比较器和