基于dsp無刷直流電動機調速系統(tǒng)的設計.doc
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基于dsp無刷直流電動機調速系統(tǒng)的設計,基于dsp無刷直流電動機調速系統(tǒng)的設計1 無刷直流電動機本文針對有刷直流電動機存在換向火花、機械換向困難、磨損嚴重等缺點，提出了采用無刷直流機來代替有刷直流電動機，來提高控制系統(tǒng)的控制質量,本文設計了無刷直流機的數(shù)字控制方法。由于dsp具有處理數(shù)據(jù)量大、實時性好和精度高等優(yōu)點,所以本文控制器采用的是dsp。此系統(tǒng)的雙閉...
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基于DSP無刷直流電動機調速系統(tǒng)的設計
1 無刷直流電動機
本文針對有刷直流電動機存在換向火花、機械換向困難、磨損嚴重等缺點，提出了采用無刷直流機來代替有刷直流電動機，來提高控制系統(tǒng)的控制質量,本文設計了無刷直流機的數(shù)字控制方法。由于DSP具有處理數(shù)據(jù)量大、實時性好和精度高等優(yōu)點,所以本文控制器采用的是DSP。此系統(tǒng)的雙閉環(huán)就是通過DSP軟件編程實現(xiàn)的，比起以往的用模擬器件實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)結構比較簡單、控制精度高并且具有很強的靈活性，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的控制要求只需更改設定參數(shù)（即指令操作數(shù)）就可以實現(xiàn)其控制結果。
本文對無刷直流機的結構和工作原理做了簡單的介紹，以為了更好地理解無刷直流機控制系統(tǒng)。雖然用位置傳感器檢測轉子位置的方法比較直接，但位置傳感器必須安裝在電動機軸上，使電動機更加笨重，并且增加了整個系統(tǒng)的機械磨損等，所以本文采用了無位置傳感器方法來獲得轉子位置信號,本文采用反電勢檢測法。為了使整個系統(tǒng)能夠可靠運行，因而采用了轉速電流雙閉環(huán)，轉速環(huán)和電流環(huán)都采用PI調節(jié)器。
1.1 無刷直流機的結構
無刷直流機的轉子是由永磁材料制成的,具有一定磁極對數(shù)的永磁體。為了能產(chǎn)生梯形波感應電動勢，無刷直流機的轉子磁鋼的形狀呈弧形（瓦片狀），氣隙磁場呈梯形分布。定子上有電樞，這一點與永磁有刷直流電動機正好相反。無刷直流機的定子電樞繞組采用整距集中式繞組，繞組的相數(shù)有二、三、四、五相，但應用最多的是三相和四相。各項繞組分別與外部的電子開關電路相連，開關電路中的開關管受位置傳感器的信號控制。
無刷直流機的工作離不開電子開關的電路，因此由電動機本體、轉子位置傳感器和電子開關電路三部分組成了無刷直流機控制系統(tǒng)。其原理框圖如圖1-1所示。圖中，直流電源通過開關電路向電動機定子繞組供電，位置傳感器隨時檢測到轉子所處位置，并根據(jù)轉子的位置信號來控制開關管的導通和截止。從而自動地控制了哪些繞組通電，哪些繞組斷電，實現(xiàn)了電子換向[4]。
圖1-1無刷直流電動機原理框圖
Fig.1-1 The diagram of block diagram of brushless DC motor
1.2 無刷直流機的工作原理
普通直流電動機的電樞在轉子上，而定子產(chǎn)生固定不動的磁場。為了使直流電動機旋轉，需要通過換向器和電刷不斷的改變電樞繞組中電流的方向，使兩個磁場的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉矩驅動電動機不斷旋轉。
無刷直流機為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉子做成永磁體，這樣的結構正好與普通電動機相反。然而即使這樣改變還不夠，因為定子上的電樞通入直流電以后，只能產(chǎn)生不變的磁場電動機依然轉不起來。為了使電動機的轉子轉起來，必須使定子電樞各相繞組不斷地換相通電，這樣才能使定子磁場隨著轉子的位置不斷地變化，使定子磁場與轉子永磁磁場始終保持90o左右的空間角，產(chǎn)生轉矩推動轉子旋轉[5]。在換相的過程中，定子各項繞組在工作氣隙中所形成的旋轉磁場是跳躍式運動。這種旋轉磁場在一周有三種狀態(tài)，每種狀態(tài)持續(xù)120o。它們跟蹤轉子，并與轉子的磁場相互作用，能夠產(chǎn)生推動轉子繼續(xù)轉動的轉矩。
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1 無刷直流電動機
本文針對有刷直流電動機存在換向火花、機械換向困難、磨損嚴重等缺點，提出了采用無刷直流機來代替有刷直流電動機，來提高控制系統(tǒng)的控制質量,本文設計了無刷直流機的數(shù)字控制方法。由于DSP具有處理數(shù)據(jù)量大、實時性好和精度高等優(yōu)點,所以本文控制器采用的是DSP。此系統(tǒng)的雙閉環(huán)就是通過DSP軟件編程實現(xiàn)的，比起以往的用模擬器件實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，其整個系統(tǒng)結構比較簡單、控制精度高并且具有很強的靈活性，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的控制要求只需更改設定參數(shù)（即指令操作數(shù)）就可以實現(xiàn)其控制結果。
本文對無刷直流機的結構和工作原理做了簡單的介紹，以為了更好地理解無刷直流機控制系統(tǒng)。雖然用位置傳感器檢測轉子位置的方法比較直接，但位置傳感器必須安裝在電動機軸上，使電動機更加笨重，并且增加了整個系統(tǒng)的機械磨損等，所以本文采用了無位置傳感器方法來獲得轉子位置信號,本文采用反電勢檢測法。為了使整個系統(tǒng)能夠可靠運行，因而采用了轉速電流雙閉環(huán)，轉速環(huán)和電流環(huán)都采用PI調節(jié)器。
1.1 無刷直流機的結構
無刷直流機的轉子是由永磁材料制成的,具有一定磁極對數(shù)的永磁體。為了能產(chǎn)生梯形波感應電動勢，無刷直流機的轉子磁鋼的形狀呈弧形（瓦片狀），氣隙磁場呈梯形分布。定子上有電樞，這一點與永磁有刷直流電動機正好相反。無刷直流機的定子電樞繞組采用整距集中式繞組，繞組的相數(shù)有二、三、四、五相，但應用最多的是三相和四相。各項繞組分別與外部的電子開關電路相連，開關電路中的開關管受位置傳感器的信號控制。
無刷直流機的工作離不開電子開關的電路，因此由電動機本體、轉子位置傳感器和電子開關電路三部分組成了無刷直流機控制系統(tǒng)。其原理框圖如圖1-1所示。圖中，直流電源通過開關電路向電動機定子繞組供電，位置傳感器隨時檢測到轉子所處位置，并根據(jù)轉子的位置信號來控制開關管的導通和截止。從而自動地控制了哪些繞組通電，哪些繞組斷電，實現(xiàn)了電子換向[4]。
圖1-1無刷直流電動機原理框圖
Fig.1-1 The diagram of block diagram of brushless DC motor
1.2 無刷直流機的工作原理
普通直流電動機的電樞在轉子上，而定子產(chǎn)生固定不動的磁場。為了使直流電動機旋轉，需要通過換向器和電刷不斷的改變電樞繞組中電流的方向，使兩個磁場的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉矩驅動電動機不斷旋轉。
無刷直流機為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉子做成永磁體，這樣的結構正好與普通電動機相反。然而即使這樣改變還不夠，因為定子上的電樞通入直流電以后，只能產(chǎn)生不變的磁場電動機依然轉不起來。為了使電動機的轉子轉起來，必須使定子電樞各相繞組不斷地換相通電，這樣才能使定子磁場隨著轉子的位置不斷地變化，使定子磁場與轉子永磁磁場始終保持90o左右的空間角，產(chǎn)生轉矩推動轉子旋轉[5]。在換相的過程中，定子各項繞組在工作氣隙中所形成的旋轉磁場是跳躍式運動。這種旋轉磁場在一周有三種狀態(tài)，每種狀態(tài)持續(xù)120o。它們跟蹤轉子，并與轉子的磁場相互作用，能夠產(chǎn)生推動轉子繼續(xù)轉動的轉矩。
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