【正文】 來產(chǎn)生轉(zhuǎn)移到 SISR 的地址入口。正常運(yùn)行的狀態(tài)下，控制系統(tǒng)主要是對無刷直流電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)控，同時(shí)完成現(xiàn)場的通信和 PC機(jī)的監(jiān)控通信。 MUC控制 程序負(fù)責(zé)檢測控制 SPI通信接口及接收人工檢測信號。兩個(gè)二極管構(gòu)成一個(gè)鉗位電路，保證了 DSP芯片的安全。 15V供電，檢測端 M接一個(gè)檢測電阻 RM，檢測信號就是取自這個(gè)檢測電阻 RM上的壓降 U。 SCI使用奇偶效驗(yàn)，超時(shí)，幀出錯檢測確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。若控制板輸出 PWM信號為高電平，則前級驅(qū)動三極管 TA導(dǎo)通，同時(shí) Vo輸出 +20V電壓，功率管柵源極電壓為 +15V，滿足功率管開通條件；若控制板輸出 PWM信號為低電平，則三極管 TA關(guān)斷，同時(shí) Vo輸出 0V，功率管柵源極電壓為 5V，加速功率管關(guān)斷。上電時(shí)，通道 1需要在通道 2輸出電壓高于 ，并復(fù)位引腳 XRS必須在通道 1輸出電壓達(dá)到 。如此循環(huán)下去，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動起來了。 電機(jī)主電路圖 三相無刷直流電動機(jī)的主電路圖如圖 43所示。驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)，檢測電路實(shí)時(shí)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，并將檢測信號傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n的表達(dá)式為： ??? K IRUn 其中， U為電驅(qū)端電壓， I為電驅(qū)電流， R為電驅(qū)電路的總電阻， ? 為每極磁通量， K為電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。離散化處理的方法為：以 T作為采樣周期， K作為采樣序號，則離散采樣時(shí)間 kT對應(yīng)著連續(xù)時(shí)間 t，用求和的形式代替積分，用增量的形式代替微分，可作如下近似變換： kTt? k=(0， 1， 2，? ) ? ? ?? ???t kj kj jeTjTeTdtte0 0 0)()( ? ? T eeT TkekTedt tde kk 1)1()()( ?????? 為了表示方便，將類似于 )(kTe 簡化為 ke 等，就可以得到離散的 PID表達(dá)式： 010 )( ueeTeTeKu kkDkj jIkpk ????? ??? k —— 采樣信號（ k=0,1,2,3，?） ku —— 第 k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值 ke —— 第 k次采樣時(shí)刻輸入夫人偏差值 pK —— 比列系數(shù) IT —— 積 分常數(shù) DT —— 微分常數(shù) 0u —— PID控制的初值 如果采樣周期取的足夠小，則以上計(jì)算就可獲的足夠精確的數(shù)據(jù)，離散控制的過程與連續(xù)控制的過程十分接近。所以，必須 根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)控制要求來確定IT 。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化。 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型機(jī) PID 控制器的設(shè)計(jì) 17 圖 35 無刷直流電機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 PID 控制算法 PID控制調(diào)節(jié)器是對信號進(jìn)行比例積分微分校正運(yùn)算的裝置。 整理得電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： )s i n(s i n)(e tEUUR tEtT MTaam ?? ????? （式 36） 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型及 PID 控制器的設(shè)計(jì) 15 即： ttEUURpWtT MTaaA ?? s i n)s i n()(e ????? （式 37） 平均電磁轉(zhuǎn)矩為： )()s i n(23)()(3/2 1 656656 etdtEUURpWtdtTT MTaaA ????? ???? ?????? ?? ? ? )()( mNWUURW MTaaA ?????? （式 38） 轉(zhuǎn)速 n=0, 0?mE 時(shí)，平均轉(zhuǎn)矩為： )( a mNR UUpWT a TAd ????? （式 39） 由此可知，在一個(gè)磁狀態(tài)一相導(dǎo)通區(qū)域內(nèi)，由于電勢的脈動使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生了波動，轉(zhuǎn)矩波動會使電機(jī)產(chǎn)生噪音和運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，所以一般都希望轉(zhuǎn)矩波動小。 式中， Ua 為電源電壓 。 所以，利用永磁轉(zhuǎn)子的磁場，對霍爾半導(dǎo)體通入直流電，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場強(qiáng)度大小和方向隨著它的不同而發(fā)生變化時(shí)，霍爾半導(dǎo)體就會輸出霍爾電動勢，霍爾電動勢的大小和相位隨轉(zhuǎn)子位置而發(fā)生變化，從而起到了檢測轉(zhuǎn)子位置的作用。 光電元件一般是砷化鎵發(fā)光二極管和光敏三極管或光敏二極管。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 光電式位置傳感器： 光電式位置傳感器利用光電效應(yīng)進(jìn)行工作。定子是由高頻導(dǎo)磁材料的鐵心制成，一般有 6個(gè)極，等間距分布，每個(gè)極上都纏有線圈。由于通電相發(fā)生了變化，使定子磁場方向也發(fā)生了變化，與轉(zhuǎn)子永磁磁場相互作用，仍然會產(chǎn)生與前面過程同樣大的轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分如圖 13：電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)， DSP 控制系統(tǒng)，人機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)。 我國對無刷直流電機(jī)的研究起步比較晚，上世紀(jì)八十年代以前，國內(nèi)對無刷直流電機(jī)的研究幾乎空白。 無刷直流電機(jī)是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生發(fā)展而來的，在傳統(tǒng)電勵磁電機(jī)當(dāng)中，直流電機(jī)以其良好的轉(zhuǎn)矩特性和快速響應(yīng)能力而為工業(yè)界重視。每一次的技術(shù)升級都使控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進(jìn)。將計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展成果運(yùn)用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，在經(jīng)典控制的基礎(chǔ)之上探討一種新的控制方法，為計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力拖動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用做些研究性的工作。由于直流電動機(jī)具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，因而在工業(yè)場合應(yīng)用廣泛。它既具備交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，因此在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動控制產(chǎn)生了新的變化。有單閉環(huán)控制系統(tǒng)，有雙閉環(huán)控制系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng) 。本課題就是基西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 于 TMS320F2812 DSP 芯片的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。再加上直流電機(jī)制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，大大限制了它的應(yīng)用范圍。尤其在近十幾年來，隨著電機(jī)技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，無刷直流電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用?？刂茊卧鶕?jù)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)定參數(shù)以及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的自適應(yīng)調(diào)整控制； 電機(jī)驅(qū)動及系統(tǒng)保護(hù)單元：主要完成對信號的放大和檢測，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，驅(qū)動芯片就會根據(jù)反饋的信息產(chǎn)生報(bào)錯信號，并同時(shí)使電機(jī)驅(qū)動端口輸出強(qiáng)制置低，鎖定電機(jī)起到保護(hù)作用； 人機(jī)監(jiān)控單元： 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，根據(jù)運(yùn)行情況的改變進(jìn)行必要的人為調(diào)整； ② 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： DSP 數(shù)字信號處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)檢測保護(hù)電路的設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)軟件控制設(shè)計(jì)； 無刷直流電機(jī)的基本原理 5 2 無刷直流電機(jī)的基本原理 無刷直流電動機(jī)的基本組成 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖 21 所示。 無刷直流電動機(jī)的基本工作原理 無刷直流電機(jī)工作原理圖如圖 22 所示。它的結(jié) 構(gòu)如圖 231所示。而在其他 2個(gè)繞組BW 、 CW 上，因?yàn)榉菍?dǎo)磁材料的阻隔而不能形成磁路，所以感應(yīng)電壓為 0。遮光板上開有 120。 圖 232（ a） 光電位置傳感器 無刷直流電機(jī)的基本原理 9 圖 232（ b） 遮光板 圖 232（ c） 光敏位置傳感器放大整形集成電路 霍爾式位置傳感器： 霍爾式位置傳感器是利用“霍爾效應(yīng)’’進(jìn)行工作的。依無刷直流電機(jī)的工作原理，該種接法時(shí)的 3/2??? mc aa 。Ra 為電樞繞組的平均電阻 。由式 (35)可以看出感應(yīng)電動勢平均值為： mEE ? 因而由式（ 32）和式（ 33）可得電勢系數(shù)為： 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 2a ?????? AAC pWn nWnEK ? （式 312） 轉(zhuǎn)矩系數(shù) TK 是當(dāng)電動機(jī)電樞繞組中通入單位電流時(shí)電動 機(jī)所產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩值。其中 Ra為電驅(qū)等效電阻， Ec為電驅(qū)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反向電動勢，它和電驅(qū)轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越快，反向電動勢越大。在控制過程中，只要 存在偏差，積分環(huán)節(jié)的輸出就會不斷增大。偏差變化的越快，微分控制器的輸出越大，并能在偏差值變大之前進(jìn)行修正。無刷直流電機(jī) PWM調(diào)速控制原理圖如圖 37所示。 在 PWM調(diào) 速中，以下 3種方法都可以改變占空比的值： 1） .定寬調(diào)頻法：這種方法是保持 1t 不變，只改變 2t ，這樣使周期 T（或頻 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型機(jī) PID 控制器的設(shè)計(jì) 21 率）也隨之改變。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 42 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 220V交流電經(jīng)過一個(gè)三相整流橋，成為直流電壓。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過 60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，在此期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 TPS767D318PWP采用 PMOS結(jié)構(gòu)，輸出電壓跌落小且與輸出電流成正比，靜態(tài)電流小且與負(fù)載無關(guān)。 PWM 驅(qū)動電路 合理的驅(qū)動電路對功率器件的安全工作及整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。由于三極管驅(qū)動信號為高電平時(shí)功率管開通，電路中設(shè)置下拉電阻來保證三極管的驅(qū)動信號在控制系統(tǒng)未正常運(yùn)行前為低電平，以防功率橋發(fā)生直通現(xiàn)象。 MAX232芯片功耗低，集成度高， +5V供電，具有兩個(gè)接受和發(fā)送通道。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 47（ a） 霍爾電流傳感器典型電路圖 圖 47（ b） 電流檢測信號調(diào)理電路 經(jīng)過霍爾電流傳感器，需要檢測的電流信號按比例轉(zhuǎn)換為電壓信號，為了防止后續(xù)電路對這個(gè)電壓檢測信號的干擾，系統(tǒng)利用運(yùn)算放大器“虛短”和“虛斷的原理設(shè)計(jì)了電壓 跟隨器。 圖 51（ a） 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖 本課題軟件系統(tǒng)采用模塊化，自上而下的設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)的初始化程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化程序主要對 DSP進(jìn)行必要的初始化設(shè)置，經(jīng)初始化設(shè)置后程序不斷判斷有無外部中斷、捕獲中斷、 ADC中斷以及故障保護(hù)中斷。當(dāng)檢測到外部 中斷信號時(shí)，即刻停止當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷。本系統(tǒng)中共有三個(gè)中斷：定時(shí)器 T1 周期中斷，用來產(chǎn)生 PWM 輸出；定時(shí)器 T2 的周期中斷，用來定時(shí)采樣電樞電流、驅(qū)動電監(jiān)控電壓值；定時(shí)器 T3 的捕獲中斷，用來定時(shí)測量速度。 圖 553 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序流程圖 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36