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GD32代理商智能车载盒子gd32 电机控制反电动势采样方案

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GD32代理商智能车载盒子gd32

GD32代理商智能车载盒子gd32 电机控制反电动势采样方案,以GD32C103系列单片机为核心的物联网智能车载OBD盒,OBD(车载自动诊断系统)可以对汽车系统进行故障监测。故障(MIL)灯或检查引擎(CheckEngine)警示灯亮,同时动力总成控制模块(PCM)将故障信息存入存储器,通过外部设备与车载OBD诊断接口相连,将故障码从PCM中读取。通过故障码提示,维修人员可快速准确地判断故障的性质、位置,并进行修理。


智能车载OBD盒就是OBD诊断界面的延伸,OBD盒通过OBD接口读取汽车基本信息、发动机转速、水温、油耗、故障码,并可记录车主的驾驶习惯,改善车主的驾驶习惯,进行远程控制。能使用户清楚、准确地掌握各种车辆的数据,并实时监测车辆动态。并能在某些特殊情况下远程对车进行操作,提供较好的驾驶体验。


中移物联设计的物联网智能车载OBD方案,以GD32代理商兆易创新GD32C103系列MCU为主控单元,以开源操作系统OneOS,具有快速、稳定等特点,可用于汽车诊断、远程监控、驾驶行为分析等场景。


方案特点
为了对整个汽车电气系统进行检测,该方案采用GD32代理商GD32C103系列MCU自带CAN总线模块,高速度可达6Mb/s。它可以和整车通讯,获得静态电力系统的数据,通过SPI传输到4G模块中,这样就可以实现车与车之间的通讯,使用户可以随时了解自己车辆的动态。
GD32代理商GD32C103系列单片机的主要规格:
1、Cortex-M4@120MHz,120DMIPS处理性能;
2、Flash:64KB/128KB。
3、SRAM:20KB/32KB。
4、多个通信方法:CANx2、I2Cx1、SPIx1、USARTx2;
5、12bitsADCx2@2.6Msps,高速高精度ADC,10通道;
5、计时器x1,可以生成6路死区可调的互补PWM输出;
6、普通计时器x4;
7、具有硬件加密保护eFlash功能;
8、封装类型丰富:QFN36/LQFP48/LQFP64/LQFP100;
9、电源电压:1.8V~3.6V。
10、工作温度范围:-40℃~+85℃,工业级;
11、工业级别ESD特性:7000伏特。


GD32创新反电势采样方案,辅助对BLDC电机进行高效控制,电动机(Electricmachinery)是一种电磁设备,根据电磁感应原理,通过电磁感应原理,使电能转化或传输,使之成为电器或各种机器的动力。当前,一般采用单片机(MCU)来控制电动机的启停和转速。以GD32代理商兆易创新公司GD32MCU为基础,介绍了一种创新的高精度反电势电压采样方法,在工业控制、智能制造、消费电子、家用电器、交通运输等领域实现高效电机控制。


1电动机控制概述
根据工作电源,可以将电动机分为直流电动机和交流电动机。而直流电动机又可以分为有刷直流电动机和无刷直流电动机。


1.1有刷与无刷直流电动机之不同
(1)带刷直流电动机:机械换向,磁极不动,线圈转动。内含碳刷,可以作为换向功能。
碳刷不断磨耗,会引起一定的损耗,并需要定时更换碳刷。
(2)无刷直流电动机:电子换向,线圈不动,磁极旋转。一般采用霍尔元件感应永磁位置,从而控制电流的方向,从而实现换向。
将有刷直流电动机(BLDC)与有刷直流电动机(DC)相比,采用电子换向器代替机械式换向器,克服了有刷直流电动机维修困难、易受干扰等先天缺点。
所以无刷直流电动机兼具直流电机调速性能好、结构简单、无换向火花、工作可靠、易维护等优点。


1.2 BLDC电动机控制方法
无刷直流电动机属于自换向式(自换向),其控制更为复杂,需要了解其转子的位置及机理。对于BLDC电机,有很多不同的控制算法来提供控制。功率晶体管通常被作为线性稳压器用于控制电机电压。但是,在驱动大功率电机的情况下,这种方法是行不通的。大功率电动机必须通过MCU提供PWM信号,以完成起停和转速功率控制。
这个算法必须具备以下三个特性:
1、用PWM电压控制电动机转速;
2、用来对电动机的进整流换向机构;
3、采用反电势或霍尔传感器预测转子位置的方法。


脉宽调制是利用变压作用于电动机的绕组,以控制电动机的速度和变转矩,其有效电压与PWM占空度成正比。电源晶体管换向可以在定子中实现合适的绕组,并能根据转子位置产生佳转矩。使用BLDC电动机时,单片机必须知道转子的位置,并能在适当的时间进行整流换向。


无传感式电子换向器可分为传感式和非传感式,非传感式电子换向器在体积和成本方面更有优势。现有无传感器无刷直流电动机的控制方法主要是通过ADC(ADC)或比较器来采集电机的反电动势过零点信号。尽管ADC的采集反电势的方法算法比较复杂,但是由于MCU中许多MCU都集成了ADC,为三相电机节约了三个比较器,节约了体积和成本。ADC需要在特定的时点采样,然后用软件和零点进行比较,得到无刷直流电动机下一次换相时刻,以此来预测下一个换相时刻。


已有技术中,无刷直流电动机驱动信号在高电平、低电平间切换时,因为场效应晶体管(MOSFET)具有开关噪声,它的波形常有较大的振荡,因而会引起反电势采样不准确,严重时会造成电机失灵。为此,迫切需要对现有的无刷直流电动机系统和控制方法进行改进,以解决以上问题。


2 GD32代理商GD32电机控制方案简介
本文基于兆易创新公司GD32MCU系列产品GD32MCU,针对场效应晶体管状态变化引起的噪声问题,提出了一种无刷直流电动机系统和无刷直流电机控制方法。根据驱动信号占空比的不同大小,选择不同的采样点,正确地获得反电势电压,可以大大提高电机运行的稳定性。


2.1在预定时刻采集反电动势
传动电路上桥臂的各个工段,其预定时刻被设定在驱动信号的高水平阶段,并在该高水平阶段接近下降边缘;或者被设定在驱动信号的低电平阶段并且接近这个低级阶段的上升边,这样就可以避免FET的开关噪声对ADC采样的影响。


2.2判定占空比,选取采样点
在占空比低于50%的情况下,在MOS管闭合过程中进行采样,当占空比超过50%时,在MOS管开启过程中进行采样,从中间点改变到MOS管状态改变之前。


由于驱动电路中的场效应晶体管开启时,电压采样单元的采样电压为反电势加在母线电压1/2之后(即驱动电路电源电压),所以比较单元将采样结果与母线电压1/2相比较。如果相邻两个取样结果的电压从低于1/2母线电压变为大于1/2母线电压、高于1/2母线电压、低于1/2母线电压时,那么就是反电动势过零。驱动电路中的场效应晶体管关断时,电压采样单元的采样电压为简单的反电动势,反电势本身将随转子位置的变化而由负向变正或正变负。但是,在驱动电路上场效应晶体管中,由于逆向二极管的作用,负反电动势将被拉至接近0V,所以在场效应晶体管关闭时,将其与0进行比较,当连续两次取样结果的电压从0V或正变0V时,则为反电动势超过0V。


采用这种方法,在占空比较低时,高水平时间相对较短,而低阶段则较长,在低阶段采样可避免MOS关闭时产生的噪声。同理,当占空比高MOS管开启时取样也能避免MOS管开启时的噪音。这样,无论占空比高低都能准确地获得反电动势电压,从而为MCU计算BLDC电机换相时间提供正确的反电动势信号。


准确的反电势信号可以使BLDC在很多领域都有很大的优势。提高精度可以使电机功率损失更小,控制精度更高,使用户能更好地使用BLDC。该GD32代理商方案可广泛用于工业自动化、仪器仪表、医疗、消费电子、汽车等需要高精度的电机控制领域。

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