【正文】 T三 相 逆 變 電路P D P I N T S C I / S P I I / O 控 制O E P模 塊A / D轉(zhuǎn) 換電 流 檢 測B L D C M轉(zhuǎn) 子 位置 信 號(hào)捕 捉 及 邏輯 判 斷光 電 解 碼 器 圖 41 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)采用 PWM 方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)控制，其工作原理為：三相交流輸入經(jīng)過整流穩(wěn)壓后為逆變電路提供直流電源，轉(zhuǎn)速給定由 DSP 的 ADC 口輸入，經(jīng) DSP片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換單元將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。因此，要經(jīng)常用一對(duì)無重疊的 PWM 輸出去正確地開起和關(guān)斷這兩個(gè)器件。比較單元和 PWM電路產(chǎn)生對(duì)稱的 PWM波形如圖 43所示： 定 時(shí) 周 期運(yùn) 行死 區(qū) 時(shí) 間P W M ( x ) 低 有 效P W M （ x + 1 ） 高 有 效定 時(shí) 器 值+ 比 較 匹 配 值 圖 43 比較單元和 PWM電路產(chǎn)生對(duì)稱的 PWM波形 另外，圖 中的死區(qū)時(shí)間用于保證在任何情況下，每個(gè)比較單元相關(guān)的 2 路 PWM輸出控制已對(duì)正向?qū)ê拓?fù)向?qū)ㄔO(shè)備時(shí)沒有重疊，即一個(gè)器件在沒有完全 關(guān)斷時(shí)，另一個(gè)器件不能導(dǎo)通。實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器是一個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生周期性的中斷請(qǐng)求。通過設(shè)置定時(shí)器 1或 3為不同方式可選擇全比較單元輸出非對(duì)稱 PWM 波形、對(duì)稱 PWM 波形或空間矢量 PWM 波形。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使 DSP 器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。如果 T 為采樣周期，直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究 21 則離散采樣時(shí)間 Tk 對(duì)應(yīng)著連續(xù)時(shí)間 t ，用求和的形式代替積分，以增量的形式代替微分，可作如下近似變換： ? ?TeeTTkekTedttdeeTjTeTdttekkTkkkjkjj1t0 0 0)1()()()()(,2,1,0(t?? ??????????? ? ?）? (35) 式 ()中，為了表示方便，將類似于 ? ?kTe 簡化成 ke 等。 e (t)作為 PID 控制器的輸入， u (t)作為 PID 控制器的輸出和被控對(duì)象的輸入。將三相反電動(dòng)勢(shì)相加，可以消去基波分量以及五次、七次諧波分量，剩下三次諧波以及其它高次諧波分量。無刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組采用星形接法，其電樞繞組具有梯形的反電動(dòng)勢(shì)波，為保證一相斷路，系統(tǒng)采用兩兩導(dǎo)通、三相六狀態(tài) PWM 調(diào) 制方式，每相繞組正反向分別導(dǎo)通 120176。用硬件電路實(shí)現(xiàn) SPWM 法，通常是用一個(gè)正弦波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生可以調(diào)頻調(diào)幅的正弦波 (調(diào)制波 )信號(hào)，再用一個(gè)三角波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生幅值不變的三角波（載波）信號(hào)，將它們進(jìn)行比較，由兩者的交點(diǎn)來確定逆變器開關(guān)的轉(zhuǎn)換，如圖 33所示 ： 圖 33 三角波載波 SPWM法 直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究 15 無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器的檢測方法 無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由以上分析，可以確定控制方案如圖 31所示： 速 度 調(diào) 節(jié) 電 流 調(diào) 節(jié) P W M 控 制電 流 檢 測三 相 逆 變 器 B L D C M 位 置 檢 測轉(zhuǎn) 速 運(yùn) 算+ 轉(zhuǎn) 速 給 定位 置 參 數(shù)電 流 反 饋電 流 參 考轉(zhuǎn) 速 反 饋+ 圖 31 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖 在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要控制電流使系統(tǒng)在充分利用電動(dòng)機(jī)過載能力的條件下獲得最佳的過渡過程，其關(guān)鍵是處理好轉(zhuǎn)速控 制與電流控制之間的關(guān)系，就是將二者分開，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出電壓作為電流調(diào)節(jié)器 ACR 的電流給定信號(hào)，再用 ACR 的輸出電壓作為逆變電路的換相控制電壓。所以當(dāng)電源電壓 Us不變時(shí)，電樞的端電壓的平均值 U。此時(shí)定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電流的流通路徑為：電源正極→ VT1 管→ A 相繞組→ C 相繞組→ VT2 管→電源負(fù)極，依此類推。 BLDCM 三相電樞繞組的每相電流為 120176。有絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器之分，增量式編碼器精度很高，多用于精密控制中，價(jià)格昂貴，且需要附加初始位置定位裝置；絕對(duì)式編碼器價(jià)格低廉，不需要初始定位，但精度不高，可用于一般的速度控制中。但是無刷直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組中流過的電流以方波形式變化，故又稱為方波電流永磁交流電動(dòng)機(jī)。 在此之后，又相繼出現(xiàn)了新型永磁材料釤鈷、釹鐵硼，它們具有高剩磁密度，高矯頑力以及高磁能積等優(yōu)異磁性能，使永磁電機(jī)有了較大發(fā)展。 電無刷直流電動(dòng)機(jī)的概況 無刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 無刷直流電動(dòng)機(jī)保留 了有刷直流電機(jī)的優(yōu)良調(diào)速性能，又省去了機(jī)械電刷和換器。： 關(guān)鍵詞 ： 無刷直流電動(dòng)機(jī) PWM 控制 無位置傳感器 仿真 直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究 II Abstract With the development of power electronics technology and ceaseless advance of permanent mag material, Brushless DC motor (BLDCM) is more and more attention in the field of high performance motion control. BLDCM has been widely used in the various fields of the national economy because this motor not only has the merit of the DC motor for high efficiency, good performance and no excitation loss etc. but also has the merit of the AC induction motor for reliable operation, simple structure and easy maintenance etc. On the basis of the summary for developments and applications of BLDCM control system,the thesis introduces the structure, running principle, operational characteristics and mathematical model of BLDCM. It outlines BLDCM control strategy, and discusses the principles and methods of the control technology with no position sensor detection. Then the hardware and software design of the double closed loop control system is dissertated in controller of the hardware of the system is built by using the TMS320LF2407 as the microprocessor. It analyses the formation of PWM signals and designs the circuit of BEMFzerocrossing, velocity and current detection. This system chooses syllogism jumpstart motor. Besides, the drive circuit of the BLDCM is designed with IR2130. System software is modular in design methods, Including initialization, starting, mutation subroutine, ADC interrupt service procedures. Finally, it established a BLDCM control system simulation model by SIMULINK, and simulate to the case model. This thesis described the design options about BLDCM control system, It can get a good performance of Speed control。系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括初始化程序、起動(dòng)子程序、換相子程序、 ADC 中斷服務(wù)程序等。 20xx年 12月我國電機(jī)制造業(yè)共 1167家生產(chǎn)企業(yè)，全部從業(yè)人員 388282人，資產(chǎn)972億。 1955 年，美國 等人首次申請(qǐng)了應(yīng)用晶體管換向代替電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向的專利，這就是現(xiàn)代無刷直流電動(dòng)機(jī)的雛形。 直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究 5 第 2 章 無刷電機(jī)控制系統(tǒng)分析 無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來測量轉(zhuǎn)子位置的，有開口變壓器、鐵磁諧振電路、接近開關(guān)電路等多種類型。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 一般的直流電機(jī)由于電刷的換相，使得由永久磁鋼產(chǎn)生的磁場與電樞繞組通電后產(chǎn)生的磁場在電機(jī)運(yùn)行過程中始終保持垂直從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。 兩端的電壓波形。顯然，轉(zhuǎn)矩的大小 eT 與電機(jī)中的相電流 I 成正比，改變相電流 I ，相應(yīng)的也就改變了轉(zhuǎn)矩 eT 的大小，也就改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。如果將上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形狀脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)的正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖的相應(yīng)正弦部分面積相等，就有圖 32(b)所示的脈沖序列。對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)為梯形波的無刷直流電動(dòng)機(jī)來說，由于在任意時(shí)刻只有兩相導(dǎo)通，而另一相懸空，因此可以方便的檢測出懸空相的反電動(dòng)勢(shì)。 反電動(dòng)勢(shì)積分法一方面可以減小開關(guān)噪聲，另一方面反電動(dòng)勢(shì)幅值與轉(zhuǎn)速成比例，保持電流和反電動(dòng)勢(shì)同相，因而電機(jī)可以工作在更高的轉(zhuǎn)速。因此，數(shù)字 PID控制算法是電機(jī)微機(jī)控制中常用的一種基本控制算法。但微分的作用對(duì)輸入信號(hào)的噪聲很敏感，對(duì)那些噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。近年來，各種集成化的單片 DSP 的性能得到很大改善，與單片機(jī)相比， DSP 器件具有較高的集成度和更快的 CPU，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和緩沖器，提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。 DSP 的定時(shí) /計(jì)數(shù)器可用于產(chǎn)生采樣周期，為捕獲單元和正交編碼單元提供時(shí)間基準(zhǔn)，也可作為比較單元產(chǎn)生 CMP/PWM 輸出以及軟件定時(shí) 的時(shí)間基準(zhǔn)。 異步串行通訊口 (SCI)與串行通信接口模塊 (SPI)： SCI 即通用異步收發(fā)器，用于與 PC機(jī)串口等標(biāo)準(zhǔn)器件通信。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，通過改變?nèi)容^單元比較寄存器 CMPRx 和 ACTRA，就可實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制和逆變橋的導(dǎo)通邏輯。所需的延時(shí)時(shí)間由功率器件的開啟和關(guān)斷特性以及具體應(yīng)用中的負(fù)載特性來決定。并且在閉環(huán)調(diào)節(jié)的過程中，實(shí)時(shí)的根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的變化，通過調(diào)節(jié) DSP 所產(chǎn)生的 PWM 波形來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。正交編碼脈沖電路的時(shí)基可由通用定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2（對(duì)于 EVA 模塊）或定時(shí) /計(jì)數(shù)器 4（對(duì)于 EVB 模塊）提供，計(jì)數(shù)器必須 設(shè)置為定向增 /減計(jì)數(shù)模式，其輸入和計(jì)數(shù)方向由光電編碼器件輸出的正交編碼脈沖提供。 TMS320LF2407 結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) TI 公司的 TMS320LF2407 是專門為控制應(yīng)用和數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域設(shè)計(jì)的 DSP 控制器。由式 ()可得控制器在第 1k? 個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值為： 010 2111 )(u ueeTTeTTeK kj kkDjIkpk??????? ???? ??? ???? (37) 將式 ()與 ()相減，并整理，就可以得到增量式 PID 控制算法公式： 直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究 22 212111k)21()1()2(u?????????????????? ?????????kDkDpkDIpkkk