汽车无刷直流电机应用的电子控制

amnic · 发表于 2008-10-29 11:11:33

机械动力汽车系统正逐渐被采用电动电机技术的系统所取代。目前，有越来越多的半导体产品用在汽车中，其中的部分原因是因为汽车系统开发人员期望利用电子电机控制来满足消费者对更加安全有效的汽车的要求。　　对于诸如燃油泵、水泵、冷却风扇和步进电机等需要持续运转的汽车应用，作为同步电机类产品的无刷直流（BLDC）电机是它们的理想选择。BLDC在定位系统中配备了高可靠的启动和停止功能。
　　此外，BLDC电机所提供的电子控制功能对法定车辆的要求起着决定性作用，这些要求包括节省能源，减少对环境的影响及设计出更加安全的车辆。BLDC电机对空间局促的燃油泵控制和电子助力转向等变速应用也非常有用。在这类应用中，需要故障诊断和较宽的温度和电压工作范围，因此电子控制也十分重要。
　　嵌入式处理器是汽车系统设计人员应对这些日益增长的需求和当今驾驶者需求的一个重要手段。更多地采用电子控制解决方案，可使汽车系统设计人员既能满足这些需求，同时也能开发出低噪声、低成本、高精度的系统并尽快推出面市。
　　有众多的嵌入式处理器解决方案可供各地的汽车系统设计人员采用。16位数字信号控制器（DSC）就是其中一种单芯片的架构平台，非常适用于BLDC电机控制。这种平台集合了单片机的控制功能以及数字信号处理器（DSP）的计算和吞吐能力。因此，DSC尤其擅长执行许多汽车电子系统所需的复杂的、高速数学运算。　　Microchip的dsPIC DSC可提供无缝的移植路径和引脚对引脚的兼容性，实现硬件和软件构件的重复使用。16位单片机（MCU）与强大的DSP能力相结合，可提高汽车电子系统的性能，降低系统成本，使设计人员更快地将产品推向市场。

DSC主要特性的概览

　　典型的DSC架构由一个中央处理单元（CPU）和一些适用于某些汽车BLDC应用的外设特性组成。Microchip针对电机控制应用的16位dsPIC DSC具有以下一些优点：
　　 ● 两个40位宽的累加器
　　 ● 单指令周期的16×16乘加（MAC）运算
　　 ● 40级桶型位移器
　　 ● 双操作数预取
　　 ● 饱和模式和舍入模式
　　 ● DO和REPEAT循环
　dsPIC DSC还提供了灵活的中断、看门狗定时器和实时仿真功能。这些组合特性使汽车系统开发人员能够利用一种控制器来处理有关基于BLDC应用的电子控制难题。

增强型CPU功能

　 16位DSC的一个重要特性是丰富的数学处理能力。dsPIC30F和dsPIC33F等真正的DSC都包括2个40位累加器，可存储16位×16位乘法运算的两个独立结果。这种DSC的大多数指令均可在一个指令周期内执行完成。
　许多面向性能的信号处理算法都涉及运行中的“积求和”计算。诸如乘加（MAC）指令的特殊指令能够把2个16位数字相乘，将结果加到累加器中，并预先从随机访问存储器（RAM）中提取一对数据值。而所有这些操作都是在一个单指令周期之内完成的。利用这2个累加器，在同一时刻可以用其中一个来回写数据，另一个来执行计算。
　　此外，与标准的MCU不同，当解释数据是分数形式，而不是以整数形式的数据出现时，DSC能支持分数计算。

灵活的中断结构

　　DSC架构可提供非常高灵活性的中断架构。通常，DSC支持大量单独可选择且具有优先级的中断源，这一属性对任何包括多个传感器和执行器的应用来说是非常理想的。在这种情况下，中断响应时间是极其准确的，使系统开发人员更容易地进行系统开发。

运行时的自编程（RTSP）

　　为了校准从传感器获得的数据、换能器之间的差值和预先测得的偏移量，许多汽车应用需要事先存储一些常量。许多DSC器件使用程序闪存存储器和基于闪存的数据EEPROM来实现对这些常量进行可靠而有效的存储和访问。在许多DSC中，系统开发人员都可以使用灵活而安全的闪存存储器。

在线串行编程（In-Circuit Serial Programming，ICSP）

　　凭借ICSP技术，闪存DSC能够方便地在现场对应用固件进行升级。此外，ICSP可将同一个控制器用于多种不同的汽车子系统和工作环境。以最少的成本能马上增强这些功能。

高分辨率的模数转换器（ADC）

　　选择一个高速、高分辨率的片上ADC对测量应用中所发生的小而快的变化非常重要。选择合适的DSC时，应当考虑的最重要因素之一是片上ADC是否能同时进行不同采样的测量。这样可以同时测量同相的电机电压和电流，以避免控制回路中出现错误。
　　高速的模数转换速率好处很多。首先，它可以最大限度地减少采样响应时间，从而提高闭环性能。其次，高速转换可以利用所有通道的高吞吐能力进行多通道采样。另外，高转换速率与DSC内核的DSP能力相结合，可以对掺杂噪声的电机反馈信号进行过采样和滤波处理。

脉宽调制（PWM）

　　DSC支持自动生成指定波形和极性的PWM信号。某些DSC为这些基于PWM的高级算法融合了丰富的片上外设支持，从而简化了代码开发，并可以多种方式提升整个系统的灵活性。
　　首先，多个PWM发生器可为BLDC电机的正弦波换相提供互补的输出和自动死区时间插入。PWM模块还提供覆盖控制以实现六步换相。在这种情况下，有许多不同的逆变方案，包括同步整流，它可以控制电流流动，以确保最高的逆变效率。
　　此外，基于PWM的算法可以利用故障引脚实现闭锁或自动过流保护。而且，ADC可与PWM保持同步，实现对分流采样电阻的电流测量。

正交编码器接口（QEI）

　　要对汽车运行的各个方面进行有效的电子控制，是否能精确而迅速地测量车辆的速度和位置，以及机械部件的速度和位置是十分重要的。正交编码器有利于进行这方面的测量，进而在各种电机控制应用中实现闭环控制。

控制器局域网络（CAN）

　　单片机正在朝着功能更多,运行速度更快的方向发展，它对汽车电子控制模块之间有效而可靠的相互通信至关重要。在未来的5到7年中，人们期待CAN总线将成为汽车网络化节点的首要标准。

竞速改装 · 发表于 2008-10-29 12:31:12

南宛河 · 发表于 2008-10-29 12:57:37

顶好来点通俗点的或是楼主自己消化理解后的体会。毕竟我们多数人还不是科学研究机关科研人员或汽车制造厂的工程技术人员。

阏门 · 发表于 2008-10-29 16:33:19

引用第2楼高原洋芋于2008-10-29 12:57发表的:
顶好来点通俗点的或是楼主自己消化理解后的体会。毕竟我们多数人还不是科学研究机关科研人员或汽车制造厂的工程技术人员。

说的好

哈飞赛马3666 · 发表于 2008-10-30 20:31:21

学习了

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