开始增大。当电流再次与第一次采样得到电流值相同时或者在设定的误差范围内时，即为换向时刻，进入BA区间。
为确定转子的初始位置,应用主动检测办法,在起动时首先施加电压激励,检测相电流。根据相电流的大小,通过相电流与相电感到转子的位置对应关系,即可确定转子的初始位置。这种方法保证了无刷直流电动机的正确起动。以三相星形非桥式连接为例,主要步骤为: (1) 任选一相为A′相,施加电压激励U0 由于起动时,反电动势为零,则 U ? L ? Ri
dtdi ? Rt (9)
i?U(1?eL R 当时间足够长为T 时,则 i ? T (10) 对于A′相 ia?ULaLU)T 对B′相,施加电压激励U ,则 ib ? T ，对于C ’相，施加电压激励U，则 ic?LbUi? a 1 T
La1UULcT 为克服误差,再向A′相施加电压激励U ,则
，比较ia与ia1 ,即可消去
误差, ia 、ib 、ic 与转子位置β的对应关系,即可得到真正的A 相,进而开始正常的起动。
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第三章 系统硬件电路的设计
3.1 实验用无刷电机简介
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
3.2 逆变电路及通电方式的选择
驱动逆变电路一般有两种方案可供选择：一种是使用专用的智能功率模块 IPM(Intelligent Power Module)，如 Toshiba 的 MIG30J501L、三菱的 PM300DSA120、PS21564 等。这种 IPM 模块内部包含了三相逆变桥及其驱动电路，同时有过流、短路和欠压等保护。另外一种是利用分离器件，主要由驱动芯片和 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)构成。本文的逆变电路采用 IPM 模块。 IPM 是以 IGBT 为基本功率开关元件构成三相逆变器的专用功能模块，其最大特点是集功率变换、驱动及保护电路于一体。它不但能减少应用系统的体
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积和工作噪声，提高系统的可靠性及控制效率，还能有效地缩短应用系统的开发时间。 IPM 具有以下一些特点：
（1）开关速度快，驱动电流小，控制驱动更为简单；采用了隔离技术，散热更加均匀，体积更加紧凑；
（2）集成度高，它在片内集成了驱动电路、保护电路、甚至光耦，大大缩短了开发时间；
（3）内含电流传感器，可以高效迅速地检测出过电流和短路电流，能对功率芯片给予足够的保护，故障率大大降低；
（4）保护功能丰富，如电流保护、电压保护、温度保护等，实现了信号处理、故障诊断、自我保护等多种智能功能，既减小了体积、减轻了重量，又提高了可靠性；
（5）由于在器件内部电源电路和驱动电路的配线设计上做到优化，所以浪涌电压，门极振荡，噪声引起的干扰等问题能有效得到控制；
（6）IPM 具有很高的性价比，IPM 的售价已经逐渐接近 IGBT，而采用 IPM 后的开关电源容量、驱动功率容量的减小和器件的节省以及综合性能的提高等因素使得 IPM构成的变频器性价比已经高于 IGBT 构成的变频器。 通电方式：
1）先通电预定位，把N 极定位到任意换向点下，如可以先通AC，把电机磁极定位到30°。为了去掉预定位死区（当转子位置与定子磁势夹角为180°），采用依次相邻两个区间通电来消除，如同样要定位到30°位置，可以先通AB，接着通AC，这样消除定位死角，并且可省去磁极的识别。
2）当转子到达预定位置后，就可以进入工作导通时序。并且检测母线上的电流变化，记录下第一次采样电流值，当以后在电流增大过程中与第一次采样得到的电流相等(可以有个误差区间)，导通区间换成下一通电状态。 3）重复第二步，导通区间依次递推
3.3 控制器用单片机的选型
控制器用单片机采用DSP 56F8346。
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DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。 DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； （4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； （5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； （7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。 Motorola 公司是全球生产 DSP 最主要的公司之一，是世界著名的嵌入式处理器提供商。Motorola 半导体部在 2004 年从 Motorola 公司整体分离出来，取名为 Freescale 半导体公司（中文名为飞思卡尔）。Freescale 公司总部位于美国德州奥斯汀，在全球 30 多个国家和地区拥有设计、制造、销售和研发机构。
DSP 56F8346 虽然属于 Freescale DSP 中的低价位系列产品，但是已经得到了广泛的应用。它在结构上是 MCU 与 DSP 相结合的产品，实现了微控制器和数字信号处理器的优势互补，既有高速运算能力，又有强大的控制能力。
DSP 56F8346 具有丰富的 I/O 接口和多种外围设备，集成了通用 I/O 模块 GPIO、异步串行通信模块 SCI、同步串行外设模块 SPI、同步串行通信模块 SSI、控制器局域网模块 CAN、多路 A/D 转换模块，多路脉宽调制 PWM 模块、定时器 Timer 等多种外设模块，实现了完全的单片机化，因此也称它为 DSP
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型单片机。
DSP 56F8346 在内核设计方面还有一个特点是采用多重流水线结构，流水线结构的层次深度可以从 3 级到 6 级。程序的执行过程大致可以分为读指令、指令译码、指令执行等几个阶段。DSP 在第一个时钟周期内读第一条指令，在第二个周期内译码第一条指令同时又读入第二条指令，在第三个时候周期内执行第一条指令，译码第二条指令，同时又读入第三条指令，这样虽然执行一条指令仍需要 3 个周期，但是由于并行的流水线处理，看起来好像每条指令都是在一个周期内完成的，这就是流水线结构。
与其它公司的 DSP 产品不同，Freescale 的 DSP 很少需要甚至不需要外加功能模块就可以进行开发。如果使用 JTAG 口只需要 74HC244 做一下 5V 到 3V 的电平转换，接到 PC 的并口上就可以了。并且，Freescale 公司还为每种型号的 DSP 芯片都提供了功能齐备的 EVM 板，这给用户开发产品提供了极大的方便，也为初学者提供了入门的最好硬件平台。
本文就是采用的 56F8346 评估板，通过该评估板可以较快的掌握 DSP 的性能、外围接口电路及其扩展，在评估板上做各种实验，加快学习的进度。对于课题的研究，评估板提供了良好的硬件开发环境。该评估板已为 DSP 作了外围扩展，并为用户的硬件扩展留了足够的接口。在本文中，主要用到了评估板上 PWM、ADC、SCI、定时器等接口。DSP 56F8346 评估板结构如下图 3.1 所示。
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