基于STM32的直流无刷无感电机的控制系统研究 - 图文(5)

直流无刷电机控制系统设计与实现

图21 模拟PID控制原理图

PID控制系统中，三个控制量所起的作用分别是：P控制将误差固定比例修正。I控制将误差取时间的积分。D控制将误差进行微分防止被控量的严重超调。

从公式中推出增量式PID控制算法为：

?u(k)?u(k)?u(k?1)

=Kp(e(k)?e(k?1))?Kie(k)?Kd(e(k)?2e(k?1)?e(k?2)) 下面是增量PID算法，程序设计中用的最常用的增量PID算法[8]： u(k?1)?u(k)?q0*e(k?2)?q1*e(k?1)?q2*e(k); （2）

TsTd?)TiTs

Tdq1?Kp*(1?2)Ts Tdq2?KpTs

q0?Kp*(1?4.7 matlab gui 串行通信界面设计

为了更好调节PID,设计matlab gui界面，能够很方便的调节PID。界面如图22：

图22 PID参数整定界面

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5直流无刷无感电机测试结果及结果分析

5.1 H_PWM_L_PWM的波形

直流无刷电机的驱动波形有很多种方式可以选择，比如：PWM_ON调制、ON_PWM调制、H_PWM_L_ON调制、H_ON_L_PWM调制、H_PWM_L_PWM调制。我选用的是H_PWM_L_PWM调制方式[9]，图23是六路PWM的其中两路，其他的几路基本都一样，用来控制直流无刷电机的顺利运转。

图23 H_PWM_L_PWM波形

5.2端电压对地波形

图24是电机对地的电压波形，和原理的很接近，也算理想。

图24 端电压对地波形

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5.3位置检测波形

电机的位置检测波形图如下所示，它是通过模拟中性点[10]得到的，经过光耦隔离输入到单片机的霍尔接口，通过判断单片机接口的电平来驱动电机的旋转步伐，单片机接口电平如表2所示。图25为位置检测的波形虽然有点毛刺，但经过单片机内部的软件滤波，仍然能够好的识别电机转子的位置，并进行电机的换相。

图25 位置检测波形

表 2 位置检测电平

PA6 0 0 0 1 1 1 PA7 0 1 1 1 0 0 PB0 1 1 0 0 0 1 十六进制 0x01 0x03 0x02 0x06 0x04 0x05 5.4电流波形

直流无刷电机刚启动时的电流非常大，此时容易烧坏电机，因此要加保护电路，驱动电路也要有足够的电流驱动能力，否则电机转不起来。示波器观察的波形如何下图26所示，符合电机启动的原理电流波形[11]。

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图26 电流波形图

5.5实物图

图27是动手焊的电路板，是直流无刷电机的驱动电路板，驱动电路用的集成模块IPM构成。该电路很好的实现了无刷电机的启动、停止及转速控制能功能。达到了预期效果。

图27 实物图

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结束语

近年来，随着电机技术和其相关控制技术的迅猛发展，使得无刷直流电机在工控等很多领域得到了及其广泛的应用。我这次以无刷直流电机为设计对象，对无刷直流电机控制系统进行了相对较为深入的学习，主要对以下几方面的内容进行了学习： （1）学习了电机的理论控制技术[12]。 （2）查找了一些电机控制[13]的书籍。

（3）分析了常用的无刷直流电机位置控制方法及反电势过零点检测原理[14]。 （4）对电极控制算法进行了研究，重点阐述了速度环控制策略的原理[15]。

（5）设计硬件电路，设计了以IPM为核心的功率逆变电路，并设计了反电势过零点检测电路。

（6）编写程控制系统软件[16]，对整套控制系统进行了调试。

本文设计的无刷直流电机，虽然取得了一点小小的成果。但由于本人水平很有限，期待以后进一步的深入研究。需要进行改进的问题如下：

（1）本课题设计位置检测方法用的是反电势法，虽然该方法简单可靠，但它的理论前提是在忽略电枢反应的理想条件下建立的，因此在实际应用中必定存在误差，所以以后要改进。

（2）无刷直流电机的启动用的是三段式，这个方法在电机空载或者轻负载情况下，启动效果较好，成功率相对较高。但在电机重载时，启动效果较差，所以以后要改进。 （3） 控制策略和控制算法的改进。本课题用的是最需常见的速度环控制策略，而怎样将智能控制实际应用到无刷直流电机控制系统中还是分析的难点，以后要对此进一步学习。

（4）转矩脉动是无刷直流电机存在的一个影响很大的问题，以后要改善进而减小转矩脉动的影响。

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