电动遮阳篷无刷电机驱动的计算机控制

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1、电动遮阳篷无刷电机驱动的计算机控制李新华，邴黎明，杨卫华，刘声华(湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉430068)摘要：文章首先介绍了无刷电机驱动电动遮阳篷的系统构成，分析了其工况特点，在此基础上提出了系统的计算机控制策略以及实现方法，讨论了无刷电机的霍尔脉冲计数和电机防堵转问题，最后简要报告了系统的调试情况。关键词：电动遮阳篷；无刷电机；单片机；控制策略0引言目前电动遮阳篷一般采用管状单相异步电动机驱动。首先，遮阳篷要求驱动电机具有重载起动能力，特别在遮阳篷收回时的负载转矩很大，而单相异步电动机的起动转矩比较小，为此需要速比很

2、大的行星齿轮放大电机的起动转矩，使系统结构复杂，成本增加；其次，电动遮阳篷是一个位置控制系统，目前多采用的是机械定位方法，机械定位可靠性高，但体积较大，有磨损且安装和定位调整不方便；第三，单相异步电动机难以进行速度调节和制动控制，从而降低系统的性能。稀土永磁无刷直流电动机(以下简称无刷电机)是电动遮阳篷的理想驱动电机。众所周知，无刷电机具有与有刷直流电动机相媲美的起动、调速和控制性能，即电机能够实现重载(或过载)起动，无级调速和电磁制动，特别是它可以根据无刷电机的霍尔信号比较精确地进行电动遮阳篷的位置控制。这样不仅可以简化系统的机械和

3、电路结构，降低成本，而且还能提升系统的整体性能，使电动遮阳篷更具有市场竞争力。本文首先介绍了无刷电机驱动电动遮阳篷的系统构成，分析了其工况特点，在此基础上提出了系统的计算机控制策略以及实现方法，讨论了无刷电机的霍尔脉冲计数和电机防堵转问题，最后简要报告了系统的调试情况。1系统组成及工况无刷电机驱动电动遮阳篷的系统组成框图如图1所示。该系统由1IOV交流电源供电，经不控整流后变为130V直流电压给控制器供电，选用130V(DC)、1000转／分无刷电机作为驱动电机，经30速比涡轮涡杆减速机减速后驱动遮阳篷滚筒，系统由单片机控制。由人工遥

4、控，或充分考虑天气的变化，由阳光传感器和雨水传感器自动控制遮阳篷的伸收，实现光控和雨控，使控制更加方便、也更加智能化。单片机是系统的控制核心，其主要作用有两．90．图l无刷电机驱动电动遮阳篷系统框图个方面：第一，根据霍尔信号实现对无刷电机的换相等控制：第二，根据外部遥控或传感器信号控制遮阳篷的伸收。针对电动遮阳篷外部信号处理和无刷电机控制的需要，选用Cygnal公司C8051F微控制器系列的C8051F310作为本系统的控制芯片。它有29／25个I／O口，允许3．3V／5V输入；四个通用的16位定时器，16kB可在系统编程的FLASH

5、存储器，具有5个捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器／定时器阵列(PCA)flJ。片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件及无刷电机控制需要的PWM信号发生器和其它数字外设及功能部件。这款单片机处理遮阳篷的外部控制信号和控制无刷电机是很合适，在设计控制电路时不需要接入太多的外部电路，使系统更加简单、可靠。遮阳篷通常有二个V形张力支撑臂，如图2所示。V形支撑臂内装有弹簧以产生张力，电机通过涡轮涡杆减速机带动滚筒转动，从而带动V形张力支撑臂的伸收。遮阳篷伸出时，“V”型弹簧臂自身的张力起到一定的驱动作用，此时电机的负载较轻

6、；遮阳篷的收回时，“V”型弹簧臂的张力起阻碍作用，电机负载较重，且在遮阳篷完全张开时的收回瞬间负载达到最大。2控制策略依据遮阳篷的工况特点及系统结构，其基本控制思想是：首先，遮阳篷伸、收时无刷电机均处于电动运行状态，遮阳篷伸出时一般处于轻载(如半载)运行状态，遮阳篷收回时让电机处于过载(如一倍过载)运行状态；其次，由于遮阳篷的伸收长度是一定的，需要对无刷电机的霍尔信号进行计数，实现对遮阳篷的准确定位，遮阳篷伸收结束时利用蜗轮蜗杆的自锁实现制动；再次，遮阳篷由于安装等原因可能会导致电机堵转，系统必须有避免电机堵转的功能，防止损坏控制器或

7、电机；此外，电动遮阳篷不仅能通过手动遥控器控制，还可以实现光控、雨控，一旦有阳光或下雨的时候，可以通过阳光传感器，或雨水传感器的信号控制遮阳篷自动完成伸收操作。系统的控制软件采用模块化设计。主程序只是对子程序进行调用，具体功能由子程序执行。子程序包括：无线遥控子程序、光雨传感控制子程序、起动子程序、停机子程序、运行子程序、滤波子程序和速度闭环控制子程序等。主程序流程图见图3。控制器开始处于等待状态，一旦检测到开遥控信号，或检测到阳光传感器、雨水传感器有效信号，就会让遮阳篷伸出，当伸出到指定位置时，电机自动停车：然后控制器又进入等待状态

8、，当检测到遥控关信号，或阳光、雨水传感器的无效信号．91．图2遮阳篷V形张力支撑臂示意图图3主程序框图时，遮阳篷就收回；控制器重新进入等待状态。若电机在起动或运行过程中发生堵转，电机会自动停车。程序如此不断循环。一2．1