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导通
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电机控制逻辑仿真图如图3-3所示，pwm1-6对电桥的V1-6控制端(波形为高电平表示触发场效应管导通），ha、hb、hc对应电机的霍尔传感器输出。
图3-3 仿真波形图
3.3 电机调速
根据无刷直流电机的稳态特性方程Ua?Ea?IaRa?Ken可知可以通过调节电机的输入电压来控制电机转速。而通过对电桥的场效应管进行PWM调制，控制输出电压。电机运行时场效应管两两导通构成回路。而回路中对这两个场效应管的调制分为四种H_on-L_pwm、H_pwm-L_on、on-pwm、pwm-on（H表示上臂场效应管，L表示小臂场效应管，on-pwm表示交替）。在文献[9]无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响 中研究了这四种调制方式。其中H_on-L_pwm、H_pwm-L_on在换向时上下臂换向产生的电流波动大小相差较大。而on-pwm、pwm-on由于是轮流对上下臂调制所以上下臂换向时产生的电流波动差值不大。虽然on-pwm、pwm-on在性能上优于H_on-L_pwm、H_pwm-L_on，但是优于on-pwm、pwm-on是采用交替对上下臂调制，实现上比较复杂，所以本次开发采用的是H_pwm-L_on调制方式。
3.4 SPI接口
设计SPI（串行同步接口）接口主要是为了解决端口不足问题，SPI接口作为控制器与驱动器的通信接口，完成控制器控制指令到驱动器和驱动器检测电机状态信息
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到控制器的传输。控制器SPI输入32位输出16位。通过串转并（74hc595)实现输出（主设备到从设备），并转串(74hc166)实现输入（主设备到从设备）。SPI通信的时钟由主设备提供。LOAD信号在完成通信后锁存数据。在文献[10][11]中有相关SPI通信接口介绍。原理图如图3-4所示。
图3-4 SPI通信接口电路
在时钟作用下，串转并和并转串中的移位寄存器进行移位完成输入输出功能。控制器的SPI接口通过软件模拟，将整形变量作为控制器SPI通信中的的移位寄存器，完成数据的保存。通信程序如下所示。 unsigned int SPI_IO(unsigned short out) {
int out_buf=out;//作为输出移位寄存器 int in_buf=0;//作为输入移位寄存器
IO0SET|=LOAD;//将驱动器外部数据读入移位寄存器中
IO0CLR|=LOAD;//关闭，防止外部数据继续被读入移位寄存器中 for(char i=32;i>0;i--) {
//写数据部分
if(out_buf&(1<<(i-1))) //根据控制器中“移位寄存器”数据值输出 {
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IO0SET|=MOSI; } else {
IO0CLR|=MOSI; }
//读数据部分
if((IO0PIN&MISO)==0) {
in_buf=in_buf<<1; } else {
in_buf=in_buf<<1; in_buf|=0x01;
} //根据读到的驱动器输入过来的数据，把数据移位保存 IO0CLR|=CLK;
delay(1);//延时1ms，控制通信频率 IO0SET|=CLK; //模拟提供时钟 }
IO0SET|=LOAD; //完成通信后把驱动器读到的数据锁存 return in_buf; };
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4 控制系统分析和软件设计
4.1 软件开发环境
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屏蔽门主控制器LPC2129是恩智浦公司生产的以ARM7为内核内部集成有丰富外设的微处理器。ARM7为低功耗的32为RISC处理器，具有嵌入式ICE-RT，方便开发者调试。基于ARM内核的微控制器的软件开发软件有ADS(ARM Develop Suite)、Keil MDK-ARM、IAR Embedded Workbench。ADS是ARM Develop Suite的简称，是ARM公司推出的新一代关于ARM处理器的编译、链接和调试集成环境。Keil MDK-ARM集ARM公司的RealView编译工具RVCT4和Keil公司的IDE环境uVision两者优势于一体，适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。IAR EWARM 是一种针对ARM处理器的集成开发环境，包含具有高度优化功能的ARM编译器，能生成极为紧凑而高效的代码。本文选择了IAR EWARM 作为开发软件。在开发软件时IAR EWARM会为开发者自动链接启动代码，完成上电后的初始化，包括中断向量的设置，堆和栈地址的分配，变量的初始化等，然后跳转到执行用户的主函数上，极大的减小了开发者去完成这些重复的底层工作，使用户能更好的专注于应用功能的开发上。IAR EWARM支持ARM汇编语言和C99标准的C语言。链接器可以生成不同的输出格式，包括使用JLINK下载的.out格式和直接用于存储器编程的.hex格式。LPC2129支持ISP（在系统编程），可以通过串口将程序载到内部FLASH存储器中。IAR EWARM有功能强大的C-SPY仿真调试器，不但可以通过JLINK线在硬件上调试还可以在没有硬件的条件下进行仿真。
4.2 建立无刷直流电机的传递函数
电机的启动时间由系统的动态特性决定。系统的动态特性可以用传递函数来表现。为分析电机的动态性能和设计控制器，我们需要建立无刷直流电机的传递函数。传递函数根据电机的运动方程建立系统输入电压和输出转速在频域上的关系。
无刷直流电机与普通直流电机的差别仅在于它的换相不用电刷[14]，所以其动态特性分析与直流电机的分析方法是相同的。因此实验中采用普通直流电机建模方法建立无刷直流电机的传递函数。
记：电机的电阻为R,电感为L,转动惯量为GD2，电机额定功率P，额定电压U，额定电流I，额定转速n，电磁时间常数Tl，机电时间常数Tm，电动势系数Ce，电机
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在额定刺痛下的转矩系数为Cm。
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电机已知条件，额定功率300W，额定转速3000RPM，额定电压48V，额定电流7A，电感1.73mH,负载转动惯量6.3*10-3N?m2。
U?EU?PI48?300/7???0.735Ω II7U?IR48?7*0.735??0.0143V?min/r 电动势系数Ce?n30003030电机在额定刺痛下的转矩系数为Cm?Ce?0.0143?0.1364N?m/A
ππL1.73*0.001?0.00235S 电磁时间常数Tl??R0.735计算：电阻R=U-R?GD2R6.3*10?3*0.735??0.0399S 机电时间常数Tm?375CeCm375*0.0143*0.1364其传递函数为T(S)?移到电压上）
1Ce69.93?（将负载电流Id前
TmTlS2?TmS?10.00057S2?0.0399S?14.3 系统的原理图
为了减小屏蔽门的运行时间，应该减小系统的动态过程，所以应该增加加速度控制器，电机的加速度跟电机电流成线性关系，直接控制电机电流就可以达到控制电机加速度的效果。而电机转速的控制要求是屏蔽门工程的需求，这样我们就还需要一个速度控制器，位置控制是一个非线性的控制，我们跟具位置量来选择输出控制速度。
图4-1为速度-电流双闭环控制系统，ASR（转速）和ACR（电流）控制器由ARM处理器完成，UPE（功率变换器件）由CPLD做成的逻辑换向和换向电桥完成。由于电机电感的存在，电机的电流不能突变，电流环控制器的输入为电压环控制器的输出，电流环控制器使电机电流紧跟输入电压变化，其输出控制晶体管开关。速度环保证电机运行在输入电压对应的速度值上。