【正文】 器的設(shè)計(jì) 13 3 無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及 PID 控制器的設(shè)計(jì) 無(wú) 刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性 圖 31(a) 電驅(qū)繞組感應(yīng)電勢(shì)波形圖 以三相非橋式星形接法兩極電機(jī)為例，分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。（如圖 233（ a）） 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 233（ a） 霍爾位置傳感器集成電路圖 圖 233（ b） 霍爾效應(yīng)原理圖 如圖 233（ b）所示，在長(zhǎng)方形半導(dǎo)體薄片上通入電流 I，電流方向如圖，當(dāng)在垂直于薄片的方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)時(shí)，則在與電流 I 和磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 構(gòu)成的平面相垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì) E，稱其大小為： ILKE H?（ K 為靈敏度系數(shù)），我們稱這種效應(yīng)為霍爾效應(yīng)。經(jīng)過(guò)放大整形輸出的是脈沖信號(hào)，易于與數(shù)字電路接口。這樣，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光板使光敏接收元 件輪流接收光信號(hào)，所以產(chǎn)生不同的輸出。其中，發(fā)光二極管和光敏接收元件分別安裝在遮光板的兩側(cè)，固定不動(dòng)；遮光板安裝在轉(zhuǎn)子上，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。相位。 圖 231 電磁式位置傳感器 當(dāng)轉(zhuǎn)子處在如圖所示的位置時(shí)，勵(lì)磁極所產(chǎn)生的高頻磁通通過(guò) 轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)磁材料耦合到感應(yīng)極上的繞組 AW 上，在繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓 UA。扇形導(dǎo)磁片的個(gè)數(shù)與無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)相等。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器主要有三種： 電磁式位置傳感器： 無(wú)刷直流電機(jī)的基本原理 7 電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置測(cè)量的。 3個(gè)接收元件在空間上間隔 120 度，分別控制 AV 、 BV 、 CV 、 3個(gè)開關(guān)管。由于 電子開關(guān)線路導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 的，因而起到了機(jī)械換向器的換向與調(diào)速的作用。圖 21 中的電動(dòng)機(jī)本體為三相兩極。檢測(cè)單元采集電機(jī)運(yùn)行的相關(guān)信息，包括主回路電流信號(hào)、主驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)相，并送給 DSP 主控制器。他提出無(wú)刷直流電機(jī)必須滿足以下 5 個(gè)條件： (1)電機(jī)由定子電樞繞組和轉(zhuǎn)子永磁體構(gòu)成； (2)逆變器直流供電； 緒論 3 (3)電機(jī)速度正比于直流電壓； (4)逆變器矩陣開關(guān)函數(shù)決定定子繞組的端電壓； (5)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的邏輯決定逆變器開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)刻 。經(jīng)過(guò)多年的努力，國(guó)內(nèi)已有無(wú)刷直流電機(jī)的系列產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。而后又經(jīng)過(guò)人們多年的努力，借助于霍爾元件來(lái)實(shí)現(xiàn)換相的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)終于在 1962 年誕生。但是由于直流電機(jī)存在電刷、滑環(huán)等機(jī)械接觸部件，存在機(jī)械磨損，需維護(hù)和保養(yǎng)，而且會(huì)產(chǎn)生噪聲、無(wú)線電干擾和火花，因而不能在有粉塵、易燃易爆物質(zhì)的環(huán)境中工作。無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了其調(diào)速系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高和發(fā)揮，無(wú)法滿足一些高 精度場(chǎng)合的控制要求。 電機(jī)控制是 DSP 應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一，隨著社會(huì)的發(fā)展以及對(duì) 電機(jī)控制要求的日益提高， DSP 將在電機(jī)控制領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。目前，對(duì)于控制對(duì)象的研究和討論很多，有比較成熟的理念，但實(shí)現(xiàn)控制的方法和手段隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不斷地進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。直流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容十分豐富，有開環(huán)控制系統(tǒng)，有閉環(huán) 控制系統(tǒng) 。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機(jī)械式的、雙機(jī)組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機(jī)式的發(fā)展過(guò)程。 直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的不同，工程上通常分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。 摘要 I 摘 要 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) (BLDC)是隨著電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)。 關(guān)鍵字： 無(wú)刷直流電機(jī)，繞組電壓， DSP， PID 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II ABSTRACT III ABSTRACT Brushless DC motor(BLDC) is a new type motor emerging with the development of technology, power electronics technology and motor control. It is based on brush DC motor, due to a series of advantages of Brushless DC motor not only has the AC motor has simple structure, reliable operation, convenient maintenance and so on, and has high efficiency DC motor, no excitation loss and good timing performance and other characteristics, and therefore bee a research hotspot. This paper introduces the present situation and development tendency of Brushless DC motor control, key talked about the operation principle, mathematical model, the intelligent control algorithm for brushless DC motor, as well as the main control chip TMS320F2812 DSP structure and application characteristics. Brushless DC motor control system is a motor control system has the characteristic of digital. Mainly by changing the amplitude of stator winding voltage to adjust the speed of the rotor in the design of the motor speed control system, using the microprocessor finished for high performance control of Brushless DC motor, successfully realized the brush DC motor speed regulation without. KEY WORDS: Brushless DC motor BLDC， Winding voltage， DSP， PID 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目錄 V 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 課題研究的背景 .............................................. 1 課題研究的現(xiàn)狀 .............................................. 2 課題研究的內(nèi)容 .............................................. 3 2 無(wú)刷直流電機(jī)的基本原理 ............................................ 5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本組成 .................................... 5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 ................................ 6 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器 .................................. 6 3 無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及 PID 控制器的設(shè)計(jì) ........................... 13 無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性 ..................................... 13 無(wú)刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 ..................................... 14 無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ......................................... 15 電勢(shì)系數(shù) CK 和轉(zhuǎn)矩系數(shù) TK ................................... 15 無(wú)刷直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 ..................................... 16 PID控制算法 ................................................ 17 PWM 技術(shù) .................................................... 19 4 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ..................................... 23 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 ............................. 23 電機(jī)控制平臺(tái)主電路設(shè)計(jì) ..................................... 23 電機(jī)主電路圖 ............................................... 24 供電電源電路 ............................................... 25 PWM 驅(qū)動(dòng)電路 ................................................ 26 串行接口電路 ............................................... 28 電流檢測(cè)電路 ............................................... 29 5 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................... 31 軟件整體設(shè)計(jì) ............................................... 31 系統(tǒng) 的初始化程序設(shè)計(jì) ....................................... 32 系統(tǒng) DSP 主程序 ............................