基于DSP的直流无刷电机控制系统设计(7)

第三，DSP运算速度快，控制策略中可以使用先进实时算法，如自适应控制、状态预估等，大大提高控制系统的品质。而且DSP控制软件可用C语言或汇编语言编写或者二者嵌套使用。因此采用DSP芯片制造的电机控制器便于用户的调试和应用。

最后，在越来越多场合，如电动汽车、纺织行业、水泵变频调速系统等，他们往往是规模比较大，时序、组合逻辑都很复杂的情况，这时如果同时运用DSP芯片和一些其它的可编程逻辑器件可以大大减小系统的体积、提高系统运算能力，实现复杂的实时控制。

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

3无刷直流电机的基本结构及原理

3.1 什么是无刷直流电机

由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机缺陷。

3.2 无刷直流电机的特点及应用

无刷直流电机保持着有刷直流电机的优良机械及控制特性，在电磁结构上和有刷直流电机一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子上放置永久磁钢。无刷直流电机的电枢绕组像交流电机的绕组一样，采用多相形式，经由逆变器接到直流电源上，定子采用位置传感器实现电子换相来代替有刷直流电机的电刷和换向器，各相逐次通电产生电流，定子磁场和转子磁极主磁场相互作用，产生转矩[5]。

和有刷直流电机相比，无刷直流电机由于取消了电机的滑动接触机构，因而消除了故障的主要根源。转子上没有绕组，也就没有了励磁损耗，又由于主磁场是恒定的，因此铁损也是极小的(在方波电流驱动时，电枢磁势的轴线是脉动的，会在转子铁心内产生一定的铁损，采用正弦波电流驱动比方波电流铁损更小)。总的说来，除了轴承旋转产生磨损外，转子的损耗很小，因而进一步增加了其可靠性。

由于无刷直流电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点，故在当今国民经济的各个领域，如医疗器械、仪表仪器、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。无刷直流电机的应用主要分为以下几类： （1）定速驱动机械

一般工业场合不需要调速的领域以往大多是采用三相或单相交流异步和同步电机。随着电力电子技术的进步，在功率不大于10KW且连续运行的情况下，为了减少体积，节省材料，提高效率和降低能耗，越来越多的电机正被无刷直流电机逐步取代，这类应用有：自动门、电梯、水泵、风机等。而在功率较大的场合，由于一次成

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无刷直流电动机的结构及原理

本和投资较大，除了永磁电机外还要增加驱动器，因此目前较少有应用。 （2）调速驱动机械

速度需要任意设定和调节，但控制精度要求不高的调速系统分为两种：一种是开环调速系统，另一种是闭环调速系统(此时的速度反馈器件多采用低分变率的脉冲编码器或交。直流测速等)。通常采用的电机主要有三种：直流电机、交流异步电机和无刷直流电机。这在包装机械、食品机械、印刷机械、物料输送机械、纺织机械和交通车辆中有大量应用。

调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于无刷直流电机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被无刷直流电机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由无刷直流电机所取代。 （3）精密控制

伺报电动机在工业自动化领域的高精度控制中扮演了一个十分重要的角色，应用场合不同，对伺服电动机的控制性能要求也不尽相同，在实际应用中，伺服电动机有各种不同控制形式：转矩控制/电流控制、速度控制、位置控制。无刷直流电机由于其良好的控制性能，在高速、高精度定位系统中逐步取代了直流电机与步进电机，成为其首选的伺服电机之一。目前，扫描仪、摄影机、CD 唱机驱动、医疗诊断 CT、计算机硬盘驱动及数控车床驱动中等都广泛采用了无刷直流电机伺服系统用于精密控制。

（4）其他应用

家用电器、大型同步电机启动等。

3.3 无刷直流电机的工作原理

本小节实现介绍无刷直流电机的基本组成环节，分析了无刷直流电动机的定子绕组在三相非桥式星形的接法，三相星形桥式接法和三相封闭式桥式接法三种情况工作原理。

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

3.3.1 无刷直流电机的基本结构 1.无刷直流电机的基本组成

无刷直流电动机的结构原理图如图1所示，它主要由电动机本体，位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电机相似，但没有笼形绕组和其他气动装置[6] 。其定子的绕组一般制成多相，转子由永久磁钢按一定极对数(2P=2,4，… )组成。图1中电动机本体为三相两级，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的概率开关器件相连接，在图1中，A、B、C相绕组分别与概率管V1，V2，V3相接。位置传感器负责跟踪转子并和电动机的转抽相连接，当定子绕组某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生磁场相互作用而产生转矩，驱动转矩旋转，再由位置传感器将转子位置信号变为电信号，控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定的次序导通，定子相电流随转子位置的变化按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的作用。

+

位置传感器

A 开关电路

图1 无刷直流电动机的结构原理图

电动机转子的永久磁钢与永磁有刷电动机中所使用的永磁钢作用相似，均在电动机气隙中简历足够的磁场，其不同之处在于：直流无刷电动机中永久磁钢在转子上，而直流有刷电动机的永久磁钢装在定子上。

因此，所谓无刷直流电动机，就是基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路，永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。其原理如图2所

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无刷直流电动机的结构及原理

示。

图2 无刷直流电动机的原理框图

无刷主流电动机电子开关线路用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元的位置传感器信号处理单元两个部分组成。功率逻辑单元是控制电路的核心，其功能是将电源功率以一定的逻辑关系分配给直流无刷电动机定子的各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩。而各相绕组导通顺序和时间主要取决于转子位置传感器信号。但位置传感器所产生的信号一般不能直接用来控制功率逻辑 …… 此处隐藏：1673字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……