STM32 PMSM FOC lib Update_SDK V3.0_CHNx

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停

无刷直流方波电动机的双闭环控制

无刷直流方波电动机的双闭环控制 摘要:介绍了一种由稀土永磁方波同步电动机、IGBT逆变器及双闭环控制电路构成的新型无刷直流电动机系统,该系统具有结构简单、转矩脉动小、调速精度高、响应快及调速范围宽等优点,实验结果验证了该电动机系统的优良胜能。 关键词:调速系统;逆变器;无刷直流电动机; 双闭环控制 永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。在普遍的无刷直流电动机的计划里,时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的,但是驱动环节的曲线是相差120度的。巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则,它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。 方波电动机来自于它的方波控制,主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景,特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。 1方波永磁电动机驱动系统 方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成:转换器,逻辑控制环节(包括速度调节器,时间调节器,和能量逻辑转换控制单元),详述如下: 1.1方波永磁电动机 带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。电机额定电流和机械数据是:200v额定电压,18A的额定电流,3.0k的额定功率,1500转每秒的额定转速,0.0388kg/cm2。 1.2IGBT 变换器 一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的,其结果是他们中和了各种高介的性能。变换器被六个IGBT支配着,没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。 1.3能量转换控制逻辑 位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。为了这样做,三个位置反

永磁无刷直流电机矢量控制系统实现毕业设计(论文)

摘要 电动汽车具有清洁无污染，能源来源多样化，能量效率高等特点，可以解决能源危机和城市交通拥堵等问题。电动车作为国家“十二五规划”重点发展的节能环保项目，获得了广泛应用和发展。无刷直流电机用电子换向装置取代了普通直流电动机的机械换向装置，消除了普通直流电机在换向过程中存在的换向火花，电刷磨损，维护量大，电磁干扰等问题，成为了电动车驱动电机的主流选择。本文将采用基于空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）的正弦波驱动无刷直流电机的方法来解决方波控制下的无刷直流电机启动抖动明显，动矩脉动大，噪声大等问题。控制系统实现了永磁无刷直流电机在不同负载下低转矩纹波，运动平滑，噪音小，启动迅速，效率高的运行效果。 本文主要研究内容如下： 1.对永磁无刷直流电机数学模型与矢量控制工作原理分析，首先对永磁无刷直流电机本体及数学模型分析，接着对矢量控制坐标变换和空间电压矢量脉宽调制技术的原理和实现进行分析。 2.电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统实现，首先分析电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统结构，最后将电动汽车用永磁无刷直流电机矢量控制系统用Matlab/Simulink仿真。 关键词：电动汽车，无刷直流电机，矢量控制，SVPWM，Simulink

ABSTRACT Electric Vehicle has no pollution and it can supply with diversify energy sources.Also it’s energy efficient is high.These advantages can solve the problems of global energy crisis increasing and city’s traffic jam. Electric Vehicle is widely developed and applied which is called as a national ‘five years plan’focused on development of energy conservation and environment protection projects.The brushless DC motor with electronic commutator which replaces the normal DC motor mechanical switchback unit emerged,and it eliminates a few problems such as commutation sparks,brush wear,a large amount of maintenance,electromagnetic interference and so on,becoming the mainstream selection of the Electric Vehicle drive motor selection. The paper adopted the sinusoidal current drive based on space vector pulse with modulation(SVPWM) method was proposed to solve the problems of start shaking ,large torque ripple and loud noise of brushless direct current motor under the control of square-wave.The control system enabled BLDCM with different load operating in the condition of the low torque ripple smooth rotation ,low noise and high efficiency . The main studies were as follows: (1)Analyzing the mathematical model of BLDCM and the principle of the vector control.firstly,to analyze the ontology of the BLDCM and mathematical model,then analyze the vector control coordinate transformation and theory of space vector pulse width modulation. (2)Electric vehicles with a permanent magnet brushless dc motor vector control system implementation. Firstly analyze the electric car with a permanent magnet brushless dc motor vector control system structure, finally to the electric car with permanent magnet brushless dc motor vector control system with Matlab/Simulink.

无刷直流电机控制系统的设计

无刷直流电机控制系统 的设计 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。

对直流无刷电机的pid控制

PID闭环速度调节器采用比例积分微分控制 闭环速度调节器采用比例积分微分控制（简称PID控制），其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单，参数容易整定，不必求出被控对象的数学模型，因此PID 调节器得到了广泛的应用。 PID调节器虽然易于使用，但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意：PID调节器易受干扰、采样精度的影响，且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以，在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进，关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。 2速度设定值和电机转速的获取 为在单片机中实现PID调节，需要得到电机速度设定值（通过A／D变换器）和电机的实际转速，这需要通过精心的设计才能完成。 无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器（通常是霍尔传感器）信号得到，在电机转动过程中，通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。 由图2可知，电机每转一圈，每一相霍尔传感器产生2个周期的方波，且其周期与电机转速成反比，因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间，可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度，则电机的实际转速为：但由于利用霍尔传感器信号测速，所以测量电机转速时的采样周期是变化的，低速时采样周期要长些，这影响了PID 调节器的输出，导致电机低速时的动态特性变差。解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”，产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号，这样可缩短一次速度采样的时间，但得增加额外的硬件开销。直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行，但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求，当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时，相邻2个正脉冲的宽度不一致，会导致较大的测速误差，影响PID调节器的调节性能。若对测速精度要求较高时，可采用增量式光电码盘，但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。 电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。系统中采用了串行A／D（如ADS7818）来实现速度设定值的采样。但在电机调速的过程中，电机控制器的功率输出部分会对A／D模拟输入电压产生干扰，进行抗干扰处理。 3非线性变速积分的PID算法 （1）PID算法的数字实现 离散形式的PID表达式为： 其中：KP，KI，KD分别为调节器的比例、积分和微分系数；E（k），E（k－1）分别为第k 次和k－1次时的期望偏差值；P（k）为第k次时调节器的输出。 比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应，KP越大，控制作用越强，但过大的KP会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。积分环节的作用虽然可以消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量，甚至使系统出现等幅振荡，减小KI可以降低系统的超调量，但会减慢系统的响应过程。微分环节的作用是阻止偏差的变化，有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，但其对干扰敏感，不利于系统的鲁棒性。 （2）经典PID算法的积分饱和现象 当电机转速的设定值突然改变，或电机的转速发生突变时，会引起偏差的阶跃，使｜E（k）｜增大，PID的输出P（k）将急剧增加或减小，以至于超过控制量的上下限Pmax，此时的实际控制量只能限制在Pmax，电机的转速M（k）虽然不断上升，但由于控制量受到限制，其增长的速度减慢，偏差E（k）将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值，从而使得PID 算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后，开始出现负的偏差，但由于积分项已有相当大的累积值，还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区，这就是正向积分饱和，反向积分饱和与此类似。解决的办法：一是缩短PID的采样周期（这一点单片机往往达不到），

三相无刷直流电机控制系统设计

广东工业大学 硕士学位论文 三相无刷直流电机控制系统设计姓名:孙心华 申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:童怀 20080501 摘要 摘要 三楣无刷直流电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机,它剃用电子挨耀代替机械换相,既具有直流电机的调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点,并且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛的运用。本文首先介绍了三相无捌直流电机在国内外的发展及其控制系统的研究现状,详细论述了三相永磁无刷直流电机的构成、运行原理、特性分析和其转子位置信号的检测方法;然后设计了控制系统的硬件电路及相应软件,最后对设计的控制系统进行调试并分析了影响系统可靠性的睽素及给毒了相应解决的方案。根据控制系统的设计参数、成本及灵活性等各方面的要求,本控制系统设计了以A tmega8L单片机及ECN30206集成驱动器为核心的硬件平台。Atmega8L 单片枫对蠢ECN30206构成豹功率驱动电路进行转速PID闭环控制、并定时采集电流信号对电流进行过流保护及采用 Max7219串行显示转速、电流、相关故障信息, 通过光电隔离对永磁无刷直流电机诸如转向等控制及接收外部信息,通过RS- 485总线接蹬与外部其它系统交换信怠、对各种信息进行分析处理、协调各部分的工作。 在软件方面编制了基于硬件平台的程序,协调硬件工作。本控制系统软件由 一个前意念系统努加两个中断服务子程序,前看台主程序豳对系统初始化模块、 转子转速计算及转速PID闭环控制组成,初始化模块主要对A tmega8L单片机三个

定时器T0、T1、T2,ADC转换器,通用串行口U ART,输入输出I/O口的初始化, 系统初始化之后再对无刷直流电机转子转速进行计算,计算结果再与设定值进行比较,将比较差值送PID控制器控制PWM的占空比来控制专用驱动控制器ECN30206 的VSP引脚电压输入,从而控制转速,达到闭环控制的目的,中断程序主要惩来睾 行中断接收上位枫发来的无刷直流电机转向及转速设定僮、定时中断检测电流 及显示转速值及相关故障。 本文所设计的无刷直流控制系统实现了电机的转向、转速闭环PID控制、各 种参数及故障的显示。本控制系统保护功能较完善,硬件结构简单,成本较低, 主 控制部分、驱动部分及显示部分用户可以任意选择使用。 广东工业人学工学硕上学位论文 关键词:三相无刷直流电机;Atmega8L单片机; ECN30206集成驱动器;PID闭环控制 Abstract Ab stract Three phase brushless DC motor(BLDCMwith permanent excitation,whose electrical commutator iS used to instead of mechanical,has not only the same good characteristics of speed control as traditional DC motor,but also the good characteristics of AC Motor such as structure simple,operation reliable,maintenance friendly.Brushless DC motor has set wide application due to its high power density,ease to control,high efficiency over wide speed range. The paper firstly introduced the study status of permanent magnet brushless DC motor in home and abroad,and then discussed its structure,operation principles, characteristics as well as its rotor position signal detection methods in detail;secondly, designed

无刷直流电机的控制算法

广州周立功单片机科技有限公司ZLG 精选微信文章分享TN01010101V0.00Date:2016/08/01无刷直流电机的控制算法 类别 内容关键词电机控制FOC 矢量变频 摘要无刷电机相比有刷电机控制起来比较复杂。可分为有感和无感控制，无论是哪种 控制方式，目的都是为了获取转子的位置，然后精确换向，这样才能保证电机达 到较高转速，且能保证了无刷电机起动的可靠性。 Technical Note

无刷直流电机的控制算法 摘要：无刷电机相比有刷电机控制起来比较复杂。可分为有感和无感控制，无论是哪种控制方式，目的都是为了获取转子的位置，然后精确换向，这样才能保证电机达到较高转速，且能保证了无刷电机起动的可靠性 推送目的：介绍无刷直流电机控制技术。 是否原创：否原文链接https://www.sodocs.net/doc/495255932.html,/forum.php?mod=viewthread&tid=285 关键字：电机控制FOC矢量变频 正文： 图1封面图（三相直流无刷电机） 无刷电机相比有刷电机控制起来比较复杂。可分为有感和无感控制，无论是哪种控制方式，目的都是为了获取转子的位置，然后精确换向，这样才能保证电机达到较高转速，且能保证了无刷电机起动的可靠性。 关键词电机控制FOC矢量变频 概述 随着电力电子技术、微处理器以及现代控制理论的发展，无刷直流电机控制方案也逐渐用电子换相和复杂的控制算法代替机械电刷和换相器控制的方案，先进的控制方案既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多优点，同时克服了有刷直流电机由机械电刷带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短的弊病。下面就让我们介绍常用无刷直流电机控制方法。

方波无刷直流电动机无传感器控制与弱磁控制

伺服技术 SERVO TECHNIQUE 方波无刷直流电动机无传感器控制与弱磁控制吕晓春　沈建新　杜军红　陈永校(浙江大学　杭州　310027) 【摘　要】针对方波无刷直流电动机,讨论根据激磁电势波形确定电机换向时序的“端电压法”无传感器控制方法,并详细阐述其特殊的起动过程和双向运行技术。通常弱磁控制适用于正弦 电机;对方波电机,文中提出了一种新型的用变压器电势抵消激磁电势而实现的等效弱磁控制方 法,并作了理论分析与实验验证。 【叙　词】无刷直流电动机　位置传感器　激磁　电势　/弱磁控制 SENSORLESS CONTROL AND WEAKENING MAGNET FIELD CONTROL OF SQUARE WAVE BRUSHLESS DC MOTOR 【Abstract】A cco rding to squar e w ave br ushless dc mo tor,the thesis discusses the“termina l vo lt age met ho d”senso rless co nt or l to define co mmutation sequence in the lig ht of ex ect ing electr ic potentia l wav e,and ex plo uds its special start ing pro cess and t wo-way o peration technique.In gen-eral,w eakening magnet field co ntr o l is fit for sine mo tor.F or squar e wav e moto r,the t hesis set for th equiv alent w eakening magnet field contr ol way by use o f transfor mer electric potential to o ff-set ing v erify hav e been made. 【Keywords】br ushless dc mo tor,positio n sensor,ex cit,elect ric pot ent ial,w eakening m agnet field co nt or l 1　引　言 无刷直流电机通常由逆变器、永磁同步电机本体、位置传感器及控制器组成。工作时,控制器根据传感器测得的电机转子位置有序地触发逆变器的各个功率器件,以实现换流。方波无刷电机采用120°型三相逆变器驱动;电枢绕组中的激磁电势(即发电机电势)为梯形波,且其平顶近似为120°电角度。永磁体粘贴在转子表面时,可以不计凸极效应。在适当的控制条件下,方波无刷电机转矩脉动小,出力大,控制简单[1],具有普通直流电机良好的调速特性,又无需机械式换向结构,因此得到广泛应用。 但是,传统的无刷电机都需要一套复杂的位置传感器,这对电机的可靠性、制造工艺要求等带来不利的影响[2],例如, 为安置传感器而增大电机尺寸。 传感器信号传输线太多,且易引入干扰。 高温、低温、污浊空气等恶劣的工作条件会降低传感器可靠性。 传感器的安装精度直接影响电机运行性能。可见,省去无刷电机的传感器能进一步扩展其应用领域与生产规模,具有很大的实际意义。 近年,国内外学者已对无位置传感器无刷直流电机作了不少研究,并取得了一定的成果。像日本HITACHI公司将这种电机应用于空调机中,不仅改善了运行性能,还可起到较好的节能作用[3]。目前国外文献报道最 方波无刷直流电动机无传感器控制与弱磁控制

(完整版)无刷直流电机数学模型完整版

电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例，分析BLDC 的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析，假定： a)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布皆对称； b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； d)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。 则三相绕组的电压平衡方程可表示为： (1) 式中：为定子相绕组电压(V)；为定子相绕组电流(A)； 为定子相绕组电动势(V)；L 为每相绕组的自感(H)；M 为每相绕组间的 互感(H)；p 为微分算子p=d/dt 。 三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 (2) (3) 得到最终电压方程： (4) L-M L-M L-M r r r i a i b i c e a e c e b 图.无刷直流电机的等效电路 无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似，其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比

(5) 所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制BLDC电机的转矩。为产生恒定的电磁转矩，要求定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，梯形波反电动势的平顶部分也为120°电角度，两者应严格同步。由于在任何时刻，定子只有两相导通，则：电磁功率可表示为： (6) 电磁转矩又可表示为： (7) 无刷直流电机的运动方程为： (8) 其中为电磁转矩；为负载转矩；B为阻尼系数；为电机机械转速；J 为电机的转动惯量。 传递函数： 无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同，其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图，如图所示： Ct 365/(GD^2s) Ce 1/R U(s)+ - + - T L(s) T C(s) I(s) N(s)图2.无刷直流电机动态结构图 由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为:

无刷直流方波电动机的双闭环控制

无刷直流方波电动机的双闭环控制 发表时间：2009-07-16T09:50:23.843Z 来源：《企业技术开发(下半月)》2009年第4期供稿作者：崔成吉，狄艳军 [导读] 实验结果验证了该电动机系统的优良胜能。 无刷直流方波电动机的双闭环控制 崔成吉，狄艳军 （浙江中科正方电子技术有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110168 ） 作者简介：崔成吉、狄艳军，浙江中科正方电子技术有限公司沈阳分公司。 摘要：介绍一种由稀土永磁方波同步电动机、IGBT逆变器及双闭环控制电路构成的新型无刷直流电动机系统，该系统具有结构简单、转矩脉动小、调速精度高、响应快及调速范围宽等优点。实验结果验证了该电动机系统的优良胜能。 关键词:调速系统；逆变器；无刷直流电动机；双闭环控制 1引言 永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。这种机器结构的简单和它的控制特性类似于交流电机，它在商业，军事等其他领域的应用里是非常受欢迎的选择。在普遍的无刷直流电动机的计划里，时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的，但是驱动环节的曲线是相差120度的。巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则，它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。显然缺点能在本章中克服。 一种引人注目的电动机的配置被人认为是方波电动机。方波电动机来自于它的方波控制，主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景，特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。 2. 方波永磁电动机驱动系统 方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成：转换器，逻辑控制环节（包括速度调节器，时间调节器，和能量逻辑转换控制单元），详述如下 下面是硬件执行器和操作的细节 2.1 方波永磁电动机 带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。电机额定电流和机械数据是：200v额定电压，18A的额定电流，3.0k的额定功率，1500转每秒的额定转速，0.0388千克没平方厘米。 2.2 IGBT 变换器 一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT 变换器的选择是非常重要的，其结果是他们中和了各种高介的性能。变换器被六个IGBT支配着，没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。 2.3 能量转换控制逻辑 位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。为了这样做，三个位置反馈信号，来源于PT，他们是在PSP环节被加工的，他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。在BLDCM的控制分布里有两个IGBT工作在PWM的模式里，并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。虽然直流能量的频率被变换器的供给，依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大，U也就越大，所以BLDCM的速度也就越大。 2.4 电流控制 当前的环节可以在执行器中得到很好的应用。一般的来说直流驱动系统需要最后的两个环节，所以当前的控制结构更多的应用并且完成于交流驱动中以便于简单的控制结构。如果BLDCM工作于联合单元里，仅仅的两个阶段就可以分析出在任何情况下的环节。其中的一个阶段已经到交流系统的连接，输入和输出就是开/关的决定的展示，IGBT的T1，T2和T3在变换器里。在 BLDCM 中, 恒定转矩主要是由基波磁链和基波电流相互作用后产生的, 更高次的同次谐波间产生的恒定转矩可以忽略不计, 不同次谐波磁链和电流间不产生脉动转矩。但在实际电机中, 输入定子绕组的电流不可能是矩形波, 因为电动机的电感限制了电流的变化率。反电动势与理想波形的偏差越大, 引起的转矩脉动越大, 另外, 非理想磁链波形对转矩脉动也有影响, 当磁链波的水平波顶小于理想的120°时, 将会产生转矩脉动; 如果磁链波的水平波顶大于120°而电流仍为理想的120°方波, 则不会产生脉动转矩。 2.5 速度控制 速度控制的动力系统是由SR，PEE, SSP 和其他环节组成的。PEE，来自于每秒5000的旋转，它被用于速度的检测。变结构控制由于具有响应速度快、对控制对象参数变化及外部扰动不灵敏、物理实现简单等优点, BLDCM 位置伺服方式下的运行大都采用变结构控制。变结构控制的开关模式即可由系统的传递函数导出, 也可根据系统的最大速度、最大加速度等系统参数来设计, 都会使系统的位置控制达到较好的效果。吴忠等分析了 BLDCM 交流伺服系统的开环模型, 利用时间最优控制的思想, 设计了变结构控制器, 并给出了开关模式。他们把其理论应用于由 IGBT- PWM 逆变器、115ST- CM G02A 型无刷直流伺服电机、80C196KB 单片机实现的控制器以及接口电路组成的实验系统,实验结果表明在3600°给定下, 系统的定位精度较高。赵金等把滑模变结构理论应用于交流伺服系统中也取得了良好的效果。在有些情况下,当位置调节误差接近零位时, 由于开关控制的效果, 会使系统的机械传动装置发生颤振现象, 这对系统的机械结构相当不利, 为避免这种情况,可采用双模控制的策略。如果速度少于100转每分钟，变换到2将会被开启脉动的信号将不会在LSPC分开。 3结论 此篇论文描述了操作原理和一种新型高等操作的方波永磁无刷电动机的硬件结构，主要结论如下：①永磁方波无刷直流电动机应用在小转矩和高速操作时是种良好的选择。②永磁方波无刷直流电动机的控制方案类似于交流电动机的情况。