一种CPU单独控制电机PWM输出的方法与流程

本发明属于电机控制技术，具体涉及一种CPU单独控制电机PWM输出的方法。

背景技术：

电机的控制一直以来都是控制工程中经典的工程应用，目前的电机控制在节省成本的前提下，都是使用单CPU直接控制，没有FPGA、AD等硬件模块的支撑，因此控制过程中更加依赖于CPU。而CPU工作过程中，电机的控制是通过PWM输出完成的，单CPU的工作模式，只能采用中断的模式去输出PWM。目前的单CPU往往不止控制一个电机，带来的问题就是在电机的控制过程中，CPU有太多的中断需要去响应，从而降低CPU的工作效率，而且CPU的安全性大大降低，很容易出现死机和程序跑飞的情况。

通常的情况下，单CPU控制电机往往采用一个高频的载波进行PWM的输出，确保在电机HALL的变化前提下，每一次的变化都有PWM输出的响应。在电机停止的情况下，即HALL状态不再更新的情况下，也会有一个高频PWM一直输出，CPU一直都在响应一个高频的中断，如此频繁的中断，必然会导致CPU的负荷过高，从而影响CPU工作性能和可靠性。如何能解决上述的问题，就成了电机控制亟待解决的问题。

图1所示是CPU控制电机的普通模式，一直用高频的PWM作为输出，从而软件频繁的产生中断，降低CPU利用率。对于CPU而言，如果大部分的时间都用来响应中断，那么在整个控制过程中，中断的响应时间占据了绝大部分，而其它模块的计算则相对安全性就会受到影响。例如通常情况下，高频的中断周期为10KHZ，长时间的高频中断也会增加CPU的功耗，从而导致发热发烫，进而出现程序跑飞、软件运行异常的等不可预估的错误，降低产品的安全性。

在软件的控制过程中，PWM波输出控制作为软件和电机交互的桥梁，如何在保证控制精度的前提下，减少PWM输出的中断，就成为解决上述问题的关键。经过分析得知，电机的运动实质是在电机不同的HALL状态下，有对应的PWM输出，那么可以直接采用HALL变化中断的模式来进行电机的控制，即电机当前的HALL状态发生了变化，触发中断进行PWM的输出。但是也会带来一个问题，HALL变化的中断响应，是在HALL状态发生变化的时候才有，那么在电机停止HALL状态不变的情况下，如果没有HALL状态的变化，那么永远都不会响应中断，从而电机无法转动。

在此条件下，需要提出一种方法，能够使用HALL中断的控制方法，但是又能解决电机停止HALL状态无变化无法触发中断的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种采用CPU单独HALL中断控制的PWM低频输出的方法。

本发明的技术方案是：一种CPU单独控制电机PWM输出的方法，电机的运动是根据安装在电机的霍尔传感器相应HALL状态(霍尔状态)的变化来判定，HALL状态的变更，将触发HALL中断，CPU输出相应的PWM，如果当前HALL状态未变更，但是此时PWM值不为零，由CPU给电机一个低频PWM输出，让电机完成HALL中断的变更，触发HALL中断。

所述的CPU单独控制电机PWM输出的方法，其具体过程如下：

步骤1)：判断电机当前的HALL状态，如果当前的HALL状态有变化，则转入步骤2)，否则转入步骤4)；

步骤2)：在HALL中断的模式下，由CPU进行PWM的输出，转入步骤3)；

步骤3)：在HALL中断模式下，由CPU判断当前是否有低频的中断产生，如果有低频的中断产生，则转入步骤4)，否则转入步骤5)；

步骤4)：根据低频的中断模式，由CPU向电机输出低频PWM，转入步骤5)；

步骤5)：输出PWM到电机，让电机完成HALL中断的变更，触发HALL中断，完成整个电机控制过程。

本发明的技术效果是：本发明采用HALL中断的触发模式，可以控制电机的运动，使用低频PWM输出的方法，可以解决电机无法触发HALL中断的问题，两者的结合可以完成电机高精度的控制，同时大大减少中断的个数，降低CPU的功耗和提高CPU的可靠性和安全性。

附图说明

图1是传统的控制电机PWM输出时机流程示意图；

图2是本发明处理后的控制电机PWM输出时机的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

请参阅图2，本发明CPU单独控制电机PWM输出的方法采用中断+低频的方式输出PWM，在控制的时候，首先需要判断当前电机的HALL状态，如果电机的HALL状态有变化，则说明电机当前在转动。HALL状态的变化引起中断的产生，在中断中输出PWM波。而当PWM为0的时候，HALL状态不再发生改变，从而不再响应HALL中断输出的PWM。

举例对过程进行完整描述。当前有飞思卡尔控制芯片MPC5644A，设定CPU工作频率为120MHz，电机为功率10W的直流无刷电机，2对极，搭配HALL传感器，电机的正常HALL状态为0x1～0x6，0x0和0x7为非法状态，CPU通过输出PWM控制电机的运动，搭配一个500Hz的低频PWM输出。使用本发明控制电机PWM输出的步骤用例如下：

1)电机当前静止，判断电机当前的HALL状态，当前的电机HALL状态为0x5，上一拍的HALL状态也为0x5，当前的控制电机PWM为40％的占空比。

2)当前的HALL状态没有变化，那么在HALL状态0x5的状态下，通过低频直接输出PWM，电机开始运动。

3)当前的电机HALL状态为0x1，上一拍的电机HALL状态为0x3，则进入HALL中断，对40％占空比的PWM进行输出。

4)在输出过程中，PWM输出低频输出中断到来，在当前HALL状态为0x1的状态下继续输出40％占空比。

5)PWM占空比突变为0，当前的HALL状态为0x4，那么在当前HALL状态下输出PWM为0，电机停止运动。

6)此时低频PWM输出中断来临，输出PWM为0，电机处于静止状态。

7)PWM占空比突变为100％，重复1)～6)的过程。

采用HALL中断+低频的模式，进一步减少了中断的个数，降低了CPU的功耗，而且提高了程序的可靠性，可以避免因为中断频繁导致程序跑飞、CPU过热过烫的问题，有效的提高了产品的安全性。

另外，低频的PWM输出可以参照经验值进行设定，该低频的PWM的主要作用就是解决HALL状态没有变化的问题，因此在不影响控制精度和响应实际的前提下，低频的PWM可以适当的设置的更低，进一步减小中断的频率和数量，更大程度的保证CPU的工作效率。