以軟體技巧打造高效馬達控制設計

old2009

執行於300W以下的小功率馬達已普及於各類應用中，例如汽車系統、印表機、影印機、碎紙機、玩具、工廠自動化、測試設備、機器人技術、航太與軍工等應用。最普遍的小功率馬達類型是直流(DC)馬達、無刷直流(BLDC)馬達和步進馬達。馬達的產量大致與功率大小成反比。量產的小功率馬達數量遠多於大功率馬達數量。


專用於馬達控制的DSP設計旨在滿足大型離線式馬達的需求。離線馬達通常是執行於110-480VAC且範圍在1/4-100HP的AC感應或BLDC馬達。專用於馬達控制的DSP對於小功率馬達控制系統來說成本太高。


本文展示以C8051F3xx MCU控制各類馬達的軟體示例。雖然這些示例相對簡單，但是為各類馬達展示了有效的解決方案。傳統的馬達控制系統通常要求額外特性且具有更高的複雜度。這些軟體示例可作為開發更複雜馬達驅動系統的起點。


DC馬達控制


DC馬達是小功率馬達中最常見且最便宜的。在本文中，‘DC馬達’專指直流的有刷永磁馬達。


DC馬達的特性使得它成為變速系統中最易用的馬達。DC馬達的轉矩－速度特性如圖1所示。DC馬達的非負載速度與馬達電源電壓成線性關係。驅動穩定轉矩負載、線性負載或指數負載的DC馬達電壓－速度特性也是連續、正斜率且可預測的。因此，在大多數情況下使用開環控制是可行的。


簡單地改變通過馬達的電壓，就能控制馬達的速度。PWM能夠用於改變馬達供電電壓。載入於馬達的平均電壓與PWM工作週期成正比。